第1篇 空间机构设计的基本知识 1
第1章 空间机构的组成原理 1
1.1 基本概念 1
1.2 机构的自由度 7
1.3 空间机构的组成 12
第2章 空间机构的数学基础 20
2.1 回转变换矩阵 20
2.1.1 点的位置在坐标系中的表示 20
2.1.2 绕坐标轴回转的变换矩阵 21
2.1.3 绕任意轴回转的变换矩阵 23
2.1.4 绕定点转动的回转变换矩阵 24
2.1.5 不共原点的坐标变换 26
2.1.6 齐次变换 26
2.2 回转变换矩阵的性质及其运算法则 27
2.2.1 回转变换矩阵的性质 27
2.2.2 回转变换矩阵的运算法则 28
2.2.3 回转变换矩阵的分量 29
2.2.4 回转变换矩阵的微分 31
2.3 多项式方程解法 31
2.3.1 对分区间法 32
2.3.2 迭代法 32
2.3.3 牛顿法 32
2.4 非线性方程组解法 33
第3章 空间机构运动分析 35
3.1 运动分析的基础 35
3.1.1 概述 35
3.1.2 D-H坐标系 35
3.1.3 相邻坐标系的变换 36
3.2 空间机构的位姿方程 38
3.2.1 空间闭链机构 38
3.2.2 空间开链机构及机器人机构 39
3.3 空间机构的位移分析 42
3.3.1 空间闭链机构 42
3.3.2 空间开链机构运动学逆解 49
3.3.3 空间开链机构的工作空间 54
3.4 空间机构的速度、加速度分析 61
3.4.1 空间闭链机构 61
3.4.2 空间开链机构 63
第4章 空间机构受力分析 67
4.1 空间闭链机构受力分析 67
4.1.1 空间闭链机构的静力分析 67
4.1.2 空间闭链机构的动力分析 76
4.2 空间开链机构受力分析 85
4.2.1 空间开链机构的静力分析 85
4.2.2 空间开链机构的动力分析 88
第5章 空间闭链机构设计的基本方法 103
5.1 空间闭链机构设计的基本问题 103
5.1.1 设计空间与约束条件 103
5.1.2 设计要求与可行方案的数目 104
5.1.3 型综合与尺寸综合 105
5.2 按位移要求设计空间闭链机构 105
5.2.1 函数综合 105
5.2.2 轨迹综合 109
5.2.3 刚体导引 110
5.3 按速度、加速度和动力特性设计空间闭链机构 113
5.3.1 按速度、加速度要求设计空间闭链机构 114
5.3.2 按动力特性要求设计空间闭链机构 116
5.3.3 空间闭链机构的特殊位置和压力角 116
5.4 空间闭链机构的优化综合 117
5.4.1 优化设计 117
5.4.2 直接处理约束条件的优化方法 120
5.4.3 间接处理约束条件的优化方法 122
第2篇 空间机构在工程设计中的应用 128
第6章 空间闭链机构的设计及其应用 128
6.1 按主、从动件摆角要求设计空间闭链机构 128
6.1.1 单闭链机构 128
6.1.2 多闭链机构 131
6.2 按运动轨迹设计空间闭链机构 134
6.2.1 单自由度机构 135
6.2.2 多自由度机构 137
6.3 按工作性能要求设计空间闭链机构 140
6.3.1 按工作行程和动力性能设计活塞机构 141
6.3.2 按工作行程和静力要求设计农机耕作器起落机构 143
6.3.3 按工作速度要求设计筛驱动机构 145
6.4 空间机构在工程中的应用 149
6.4.1 空间机构在轻工机械中的应用 149
6.4.2 空间机构在农业机械中的应用 152
6.4.3 空间机构在飞机和汽车上的应用 153
第7章 机器人机构设计的基本方法 156
7.1 机器人机构的结构设计 156
7.1.1 手臂的结构形式 156
7.1.2 手腕的结构形式 157
7.1.3 手臂和手腕的相关性 158
7.1.4 物体姿态的实现 159
7.1.5 机器人机构的结构设计方法 160
7.2 机器人机构的尺寸设计 161
7.2.1 基于末杆位姿要求的尺寸设计 161
7.2.2 基于末杆活动空间要求的尺寸设计 167
7.3 机器人轨迹规划 171
7.3.1 多项式插补方法 171
7.3.2 用抛物线过渡的线性插值 172
7.3.3 圆弧插补 173
第8章 机器人机构的分析与应用 177
8.1 焊接机器人 177
8.2 点焊机器人 190
8.3 喷涂机器人 202
8.4 装配机器人 212
参考文献 219