本書介紹面向任務的變胞機構系統動態性能設計理論與方法，基于變胞機構的優點，以自動化生產線中碼垛機器人為應用背景，將面向任務的變胞機構運動學、尺度優化、軌跡規劃、動力學、動態穩定性、可靠性等方面的研究進行有機整合。全書共8章，主要涉及變胞機器人機構設計與尺度優化、變胞機器人軌跡規劃、變胞機構系統動力學建模與模型解析、變胞機構系統動態穩定性分析、變胞機構系統可靠性分析、變胞式碼垛機器人性能分析試驗等內容。
任廣西機械工程學會機械設計與傳動分會理事長
目錄
序
前言
主要符號表
第1章 緒論 1
1.1 研究背景及意義 1
1.2 變胞機構設計與尺度優化研究概況 1
1.3 變胞機構軌跡規劃研究概況 2
1.4 變胞機構動態性能研究概況 4
1.5 變胞機構可靠性研究概況 5
1.6 本書主要內容 7
第2章 變胞機器人機構設計與尺度優化 8
2.1 構型選擇與分析 8
2.1.1 機構構型選擇 8
2.1.2 機構構型分析 10
2.2 運動分析 12
2.2.1 二自由度構態正運動分析 12
2.2.2 一自由度構態正運動分析 13
2.2.3 逆運動分析 14
2.3 奇異性分析 14
2.3.1 二自由度構態奇異位形分析 15
2.3.2 不出現奇異位形的尺度情況分析 18
2.4 工作空間分析 19
2.4.1 A-B-F支鏈工作空間 19
2.4.2 加入E-D-C支鏈后的工作空間 20
2.4.3 二自由度構態工作空間內的奇異曲線 21
2.4.4 一自由度構態時的工作空間 23
2.5 尺度優化方法 24
2.6 尺度優化實例分析 28
2.7 機器人樣機模型 33
第3章 變胞機器人軌跡規劃 36
3.1 軌跡規劃總體分析 36
3.1.1 工作軌跡模型 36
3.1.2 變胞式碼垛機器人軌跡規劃特點 37
3.1.3 優化輔助路徑點與優化驅動函數的關系 39
3.2 軌跡規劃模型 40
3.2.1 確定設計變量 40
3.2.2 建立目標函數 42
3.2.3 確定約束條件 45
3.3 優化問題求解方法 48
3.3.1 驅動函數的解析求解方法 48
3.3.2 驅動函數的數值求解算法 51
3.4 新型變胞工作路徑 53
3.4.1 空間坐標系建模 53
3.4.2 輸入端驅動力矩 55
3.4.3 機器人使用工況描述 57
3.4.4 新型變胞工作路徑的建立 59
3.5 實際工況下的軌跡規劃模型參數 63
3.5.1 設計變量 63
3.5.2 目標函數 64
3.5.3 約束條件 65
3.6 驅動函數 66
3.6.1 構態變換過程關節驅動函數的確定 67
3.6.2 多項式插值曲線階數的確定 70
3.6.3 底座及抓手關節驅動函數的確定 72
3.7 軌跡規劃實例分析 74
3.7.1 工況一理論求解 74
3.7.2 工況二理論求解 81
第4章 變胞機構系統動力學建模 88
4.1 三維空間梁單元的形函數與坐標轉換 88
4.2 三維空間梁單元的動能與勢能 90
4.3 彈性動力學建模 93
第5章 變胞機構系統動力學模型解析 98
5.1 動力學模型的局部解耦 98
5.2 改進的L-P法 100
5.3 動力學模型的初值解 104
5.4 動力學模型的終值解 105
5.5 動力學模型解析實例分析 106
第6章 變胞機構系統動態穩定性分析 110
6.1 機構系統動態穩定性狀態的定義 110
6.2 李雅普諾夫指數計算方法 111
6.2.1 李雅普諾夫指數 111
6.2.2 機構系統動態穩定性的度量指標 112
6.2.3 機構系統相空間重構 113
6.2.4 采用C-C法計算相關參數 114
6.2.5 采用Wolf法計算最大李雅普諾夫指數 116
6.3 動態穩定性實例分析 118
第7章 變胞機構系統可靠性分析 121
7.1 不確定變量的狀態空間 121
7.2 運動可靠性分析 123
7.2.1 運動可靠性的計算方法 123
7.2.2 運動可靠性的優化方法 126
7.3 運動可靠性實例分析 128
7.3.1 失效函數 128
7.3.2 可靠度計算 131
7.3.3 優化計算 133
7.4 基于動態響應區間的構態變換可靠性分析 134
7.4.1 構態變換失效模式 134
7.4.2 基于動態響應區間的可靠度計算 136
7.5 構態變換動態可靠性實例分析 142
7.5.1 驗算算法 142
7.5.2 計算結果 145
7.6 多失效模式動態可靠性分析 146
7.6.1 多失效模式動態可靠性計算方法 146
7.6.2 多失效模式動態可靠性優化方法 150
7.6.3 考慮共振時的動態可靠性分析 151
7.7 多失效模式動態可靠性實例分析 154
7.7.1 多失效模式動態可靠性模型 154
7.7.2 動態可靠性計算 157
7.7.3 動態可靠性優化 158
7.7.4 考慮共振時的可靠性分析與優化 160
第8章 變胞式碼垛機器人性能分析試驗 162
8.1 控制系統的硬件實現方法 163
8.1.1 機器人樣機結構 163
8.1.2 控制系統硬件整體方案 164
8.1.3 光電開關的布置及應用 165
8.1.4 變胞動作的硬件實現策略 167
8.2 控制系統的軟件實現方法 169
8.2.1 功能需求分析 169
8.2.2 軟件模塊劃分及實現方法 170
8.2.3 軟件界面設計 174
8.2.4 新型變胞工作路徑的實現方法 174
8.3 試驗驗證 178
8.3.1 軌跡規劃試驗 178
8.3.2 動態響應的試驗驗證 189
8.3.3 構態變換動態可靠性分析的試驗驗證 190
8.3.4 多失效模式動態可靠性分析的試驗驗證 192
參考文獻 195
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