基本信息
出版社: 科學出版社
平裝: 186頁
書籍封面正文語種:簡體中文
開本: 16
ISBN: 7030273176, 9787030273178
內容簡介
《機械系統多體動力學分析控制與仿真》以機器人機械臂為代表，論述了多剛體和剛柔混合機械系統的運動學和動力學及其控制的分析理論、分析方法和仿真；以典型平面三自由度機器人系統為例，對多體系統的運動學、速度與微運動、速度和加速度，以及多剛體系統動力學方程的建立、求解和計算等進行了詳細分析；針對多剛體系統的控制方法，介紹了PID控制的基本思想、機械臂手爪的位置控制和基於反饋控制策略的主從機械臂同步控制等；結合多剛體系統和剛柔混合機械系統的DAE分析與仿真，介紹了基於ADAMS的機械臂動力學可視化仿真方法；最後，討論了多柔體系統的動力學分析與仿真方法。書中附有必要的計算程式和仿真流程。
編輯推薦
該書是由科學出版社出版的。《機械系統多體動力學分析、控制與仿真》可供機械系統動力學和機器人學等專業的科技人員參考，也可供相關專業的教師、研究生及高年級本科生閱讀。
作者簡介
韓清凱，1969年3月生，博士。東北大學機械工程與自動化學院教授、博士生導師，機械設計及理論研究所所長。曾在美國阿克倫大學做訪問學者（2009年），在英國謝菲爾德大學（2007年）和德國慕尼黑理工大學（2001年）進行短期合作研究。近年來，先後承擔973項目、863項目、國家自然科學基金項目等多項，發表論文80餘篇，獲得專利2項。入選教育部新世紀優秀人才支持計畫.獲教育部科學技術進步獎一等獎、遼寧省科學技術進步獎一等獎和二等獎、霍英東教育基金會第十屆高等院校青年教師獎、遼寧省青年科技獎等。主要研究方向：非線性振動與機械動態設計、機械狀態監測與故障診斷等。
羅忠，1978年4月生，博士。東北大學機械工程與自動化學院講師，機械電子工程研究所黨支部書記、副所長。近年來.先後負責或參與973項目、國家自然科學基金項目、遼寧省博士科研啟動基金資助項目等多項，發表論文30餘篇，參編教材和著作5部。獲東北大學五四青年獎章（青年崗位能手）、東北大學第五屆教師教學基本功大賽一等獎等。主要研究方向：機械動力學與機器人技術、狀態監測與數據處理等。
目錄
前言
第1章 緒論
1.1 目的和意義
1.2 機械系統多體動力學研究現狀
1.3 機械系統多體動力學的主要研究內容
1.4 本書主要內容
參考文獻
第2章 多剛體系統的運動學分析
2.1 多剛體系統的運動描述方法
2.1.1 機構空間坐標的齊次變換
2.1.2 機構參數的D-H定義方法及機構桿系的坐標變換
2.2 機械臂的正運動學
2.3 機械臂運動分析的逆問題
2.3.1 機械臂逆運動分析的解析方法
2.3.2 機械臂逆運動分析的數值方法
2.4 模組化三自由度串在線上器人的運動學分析
2.4.1 模組化三自由度串在線上器人的D-H參數定義
2.4.2 三自由度模組化機器人正運動學分析
2.4.3 模組化機器人的運動學逆問題分析
2.5 多體系統的速度與微運動分析
2.5.1 機器人的雅可比矩陣
2.5.2 雅可比矩陣在靜力學中的套用
參考文獻
第3章 多剛體系統的動力學分析
3.1 剛體運動的速度描述方法
3.2 機械臂的速度與各關節速度的關係
3.2.1 雅可比矩陣的描述
3.2.2 雅可比矩陣的求解
3.3 機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 機械臂的路徑描述與運動軌跡規劃
3.4 機械結構的動力學方程：牛頓-歐拉動力學方程
3.5 多剛體系的動力學方程：拉格朗日動力學方程
參考文獻
第4章 機械臂運動學和動力學分析實例
4.1 平面三自由度機械臂動力學分析
4.1.1 三自由度模組化機器人正向運動學分析
4.1.2 三自由度模組化機器人逆向運動學分析
4.1.3 機械臂機構系統的靜力學分析
4.1.4 模組化三自由度機械臂的動力學分析
4.1.5 機器人動力學模型的物理特徵
4.2點焊機器人動力學分析
4.2.1 點焊機器人機構運動學分析
4.2.2 確定桿系的慣性參數
4.2.3 機器人動力學方程的建立及其求解
4.2.4 動力學計算
參考文獻
第5章 多剛體系統的控制方法
5.1 PID控制的基本思想
5.2 機械手的位置控制
5.2.1 利用逆運動學和關節力矩的控制方法
5.2.2 基於靜力學關係式的控制方法
5.3 機械手的動態控制
5.4 基於反饋控制策略的主從機械臂同步控制
5.4.1 主從機械臂同步控制的動力學方程
5.4.2 主從式平面三自由度機械臂的動力學方程
5.4.3 機械臂同步控制的仿真分析
參考文獻
第6章 多剛體系統複雜運動的控制方法
6.1 二連桿機構控制系統模型的建立
6.1.1 OPCL控制器模型和穩定性分析
6.1.2 二連桿機構的動力學模型
6.2 二連桿機構不同運動形式的仿真
6.2.1 仿真條件及仿真步驟
6.2.2 單周期運動
6.2.3 多周期運動
6.2.4 擬周期運動
6.2.5 混沌運動
6.3 非線性參數估計
參考文獻
第7章 摩擦對多剛體系統複雜運動控制的影響
7.1 考慮摩擦和OPCL控制的多剛體系統建模
7.2 Stribeck摩擦模型
7.3 運動對黏性摩擦係數的分岔
7.4 不同運動模式的定性定量比較
7.4.1 單周期運動
7.4.2 多周期運動
7.4.3 擬周期運動
7.4.4 混沌運動
7.5 考慮靜摩擦力和庫侖摩擦力對OPCL的影響
7.5.1 擬周期運動
7.5.2 混沌運動
參考文獻
第8章 多剛體系統的ADAMS分析與仿真
8.1 多剛體系統動力學的微分代數方程分析
8.1.1 運動學方程的建立
8.1.2 動力學方程的建立
8.1.3 正向、逆向動力學分析及靜平衡分析
8.2 三自由度機械臂的動力學仿真與分析
8.2.1 三自由度機械臂動力學仿真分析研究內容和方法
8.2.2 基於ADAMS的三自由度機械臂建模
8.2.3 三自由度機械臂動力學仿真
8.3 複雜機械系統的剛體運動學和動力學仿真分析實例
8.3.1 導人鍛造操作機模型並建立剛性構件
8.3.2 添加約束
8.3.3 施載入荷
8.3.4 計算求解與結果後處理
參考文獻
第9章 多柔體系統動力學分析與仿真
9.1 多柔體系統動力學基礎
9.1.1 坐標系和基本參量
9.1.2 多柔體系統的載荷處理方法
9.1.3 多柔體系統的動能和勢能
9.2 多柔體系統的動力學方程
9.2.1 彈性變形的廣義坐標離散化
9.2.2 柔性體的動能
9.2.3 柔性體彈性變形引起的廣義力
9.2.4 廣義主動力
9.2.5 自由柔性體的動力學控制方程
9.2.6 多柔體系統平面運動的動力學控制方程
9.2.7 多柔體系統空間運動的動力學控制方程
9.3 柔性機械臂系統的剛柔耦合實例
9.3.1 剛柔耦合動力學原理
9.3.2 剛柔耦合動力學仿真方法
9.3.3 剛柔耦合動力學仿真步驟
9.3.4 仿真結果
參考文獻
附錄機構的慣性參數計算
序言
航空、航天、車輛、機器人、精密機械等領域中的大量機械系統可被視為由若干個剛體和柔體組成的多剛體或者剛柔混合多體系統。多體系統是由多個彼此之間存在相對運動的物體構成的系統。多體系統動力學主要研究系統中物體的運動規律及其受力環境，具有十分廣泛的套用領域。例如，機器人的位置控制需要多體系統運動學提供系統狀態演化規律，機器人的力控制需要多體系統動力學提供可靠的受力特性求解。
人們在多體系統的運動學和動力學方面開展了大量的卓有成效的研究工作，取得了許多重要的成果，並套用於工程實際。隨著科學技術的快速發展，多體系統越來越複雜，其理論研究和工程實際都對現有多體系統的理論分析方法提出了越來越高的要求。特別是多柔體系統動力學行為的理論與分析，需要不斷地進行深入研究。
本書共分為9章。第1章為緒論，介紹了研究目的和意義以及目前國內外在多體系統動力學及其控制方法領域的相關研究情況；第2章介紹了多剛體系統的運動學分析方法；第3章介紹了多剛體系統的動力學分析方法；第4章以平面三自由度機械臂為例介紹了機械臂運動學和動力學分析實例；第5章介紹了多剛體系統的控制方法，包括PID控制、機械臂手爪的位置控制、基於反饋控制策略的主從機械臂同步控制等；第6章介紹了多剛體系統複雜運動的控制方法，對二連桿機構的單周期運動、多周期運動、擬周期運動及混沌運動等不同特徵的運動進行了討論；第7章介紹了摩擦對多剛體系統複雜運動控制的影響，對摩擦的特性和機理進行了分析；第8章對複雜機械系統進行了多剛體運動學和動力學仿真分析，基於ADAMS對三自由度機械臂進行動力學可視化仿真，並以複雜機械系統為例進行詳細分析說明；第9章對多柔體系統動力學分析與仿真進行了介紹。
本書得到了教育部科學技術研究重點項目（編號：108037）、機器人學國家重點實驗室開放基金項目（編號：RL0200808）、國家自然科學基金項目（編號：50775028、10402008、50535010）、教育部新世紀優秀人才支持計畫，以及“985”工程科技創新平台建設項目等多個項目的支持。本書由韓清凱教授、羅忠博士共同編著完成。此外，作者所在課題組李興修、姜丹、趙雪彥等也參加了部分內容的編寫和整理，課題組其他成員也對本書的出版給予了大力支持，在此表示感謝。
