本书以机器人机械臂为代表，论述了多刚体和刚柔混合机械系统的运动学和动力学及其控制的分析理论、分析方法和仿真；以典型平面三自由度机器人系统为例，对多体系统的运动学、速度与微运动、速度和加速度，以及多刚体系统动力学方程的建立、求解和计算等进行了详细分析；针对多刚体系统的控制方法，介绍了PID控制的基本思想、机械臂手爪的位置控制和基于反馈控制策略的主从机械臂同步控制等；结合多刚体系统和刚柔混合机械系统的DAE分析与仿真，介绍了基于ADAMS的机械臂动力学可视化仿真方法；最后，讨论了多柔体系统的动力学分析与仿真方法。书中附有必要的计算程序和仿真流程。
本书可供机械系统动力学和机器人学等专业的科技人员参考，也可供相关专业的教师、研究生及高年级本科生阅读。
样章试读
目录
- 第1章 绪论
1.1 目的和意义
1.2 机械系统多体动力学研究现状
1.3 机械系统多体动力学的主要研究内容
1.4 本书主要内容
参考文献
第2章 多刚体系统的运动学分析
2.1 多刚体系统的运动描述方法
2.1.1 机构空间坐标的齐次变换
2.1.2 机构参数的D-H定义方法及机构杆系的坐标变换
2.2 机械臂的正运动学
2.3 机械臂运动分析的逆问题
2.3.1 机械臂逆运动分析的解析方法
2.3.2 机械臂逆运动分析的数值方法
2.4 模块化三自由度串联机器人的运动学分析
2.4.1 模块化三自由度串联机器人的D-H参数定义
2.4.2 三自由度模块化机器人正运动学分析
2.4.3 模块化机器人的运动学逆问题分析
2.5 多体系统的速度与微运动分析
2.5.1 机器人的雅可比矩阵
2.5.2 雅可比矩阵在静力学中的应用
参考文献
第3章 多刚体系统的动力学分析
3.1 刚体运动的速度描述方法
3.2 机械臂的速度与各关节速度的关系
3.2.1 雅可比矩阵的描述
3.2.2 雅可比矩阵的求解
3.3 机械臂的速度和加速度分析
3.3.1 速度分析
3.3.2 加速度分析
3.3.3 机械臂的路径描述与运动轨迹规划
3.4 机械结构的动力学方程:牛顿-欧拉动力学方程
3.5 多刚体系统的动力学方程:拉格朗日动力学方程
参考文献
第4章 机械臂运动学和动力学分析实例
4.1 平面三自由度机械臂动力学分析
4.1.1 三自由度模块化机器人正向运动学分析
4.1.2 三自由度模块化机器人逆向运动学分析
4.1.3 机械臂机构系统的静力学分析
4.1.4 模块化三自由度机械臂的动力学分析
4.1.5 机器人动力学模型的物理特征
4.2 点焊机器人动力学分析
4.2.1 点焊机器人机构运动学分析
4.2.2 确定杆系的惯性参数
4.2.3 机器人动力学方程的建立及其求解
4.2.4 动力学计算
参考文献
第5章 多刚体系统的控制方法
5.1 PID控制的基本思想
5.2 机械手的位置控制
5.2.1 利用逆运动学和关节力矩的控制方法
5.2.2 基于静力学关系式的控制方法
5.3 机械手的动态控制
5.4 基于反馈控制策略的主从机械臂同步控制
5.4.1 主从机械臂同步控制的动力学方程
5.4.2 主从式平面三自由度机械臂的动力学方程
5.4.3 机械臂同步控制的仿真分析
参考文献
第6章 多刚体系统复杂运动的控制方法
6.1 二连杆机构控制系统模型的建立
6.1.1 OPCL控制器模型和稳定性分析
6.1.2 二连杆机构的动力学模型
6.2 二连杆机构不同运动形式的仿真
6.2.1 仿真条件及仿真步骤
6.2.2 单周期运动
6.2.3 多周期运动
6.2.4 拟周期运动
6.2.5 混沌运动
6.3 非线性参数估计
参考文献
第7章 摩擦对多刚体系统复杂运动控制的影响
7.1 考虑摩擦和OPCL控制的多刚体系统建模
7.2 Stribeck摩擦模型
7.3 运动对黏性摩擦系数的分岔
7.4 不同运动模式的定性定量比较
7.4.1 单周期运动
7.4.2 多周期运动
7.4.3 拟周期运动
7.4.4 混沌运动
7.5 考虑静摩擦力和库仑摩擦力对OPCL的影响
7.5.1 拟周期运动
7.5.2 混沌运动
参考文献
第8章 多刚体系统的ADAMS分析与仿真
8.1 多刚体系统动力学的微分代数方程分析
8.1.1 运动学方程的建立
8.1.2 动力学方程的建立
8.1.3 正向、逆向动力学分析及静平衡分析
8.2 三自由度机械臂的动力学仿真与分析
8.2.1 三自由度机械臂动力学仿真分析研究内容和方法
8.2.2 基于ADAMS的三自由度机械臂建模
8.2.3 三自由度机械臂动力学仿真
8.3 复杂机械系统的刚体运动学和动力学仿真分析实例
8.3.1 导入锻造操作机模型并建立刚性构件
8.3.2 添加约束
8.3.3 施加载荷
8.3.4 计算求解与结果后处理
参考文献
第9章 多柔体系统动力学分析与仿真
9.1 多柔体系统动力学基础
9.1.1 坐标系和基本参量
9.1.2 多柔体系统的载荷处理方法
9.1.3 多柔体系统的动能和势能
9.2 多柔体系统的动力学方程
9.2.1 弹性变形的广义坐标离散化
9.2.2 柔性体的动能
9.2.3 柔性体弹性变形引起的广义力
9.2.4 广义主动力
9.2.5 自由柔性体的动力学控制方程
9.2.6 多柔体系统平面运动的动力学控制方程
9.2.7 多柔体系统空间运动的动力学控制方程
9.3 柔性机械臂系统的刚柔耦合实例
9.3.1 刚柔耦合动力学原理
9.3.2 刚柔耦合动力学仿真方法
9.3.3 刚柔耦合动力学仿真步骤
9.3.4 仿真结果
参考文献
附录 机构的惯性参数计算
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