内容简介
本书以六自由度并联电动平台为研究对象，内容包括并联电动平台的运动学分析、动力学分析、驱动系统设计、结构优化设计、动力学建模及控制策略设计和仿真实验及实物验证等。本书在阐述基本理论和所提方法的同时，基于实际并联电动平台设计了大量的实验对理论和方法进行验证，并对实验步骤和实验结果进行了详细的分析。因此，本书既适用于并联机构的理论研究，又适合指导并联机构的工程应用。该书可供高等院校机械、自动化、机器人、智能制造等相关专业的师生阅读，也可作为相关领域工程技术人员与科研工作者的参考用书。
目录
目 录
前 言
第1章 概述 1
1.1 并联平台的起源 1
1.2 并联平台的特点 2
1.3 并联平台的应用 3
1.4 并联平台国内外研究现状 5
1.5 并联平台的动态仿真 9
第2章 六自由度并联平台运动学 11
2.1 引言 11
2.2 六自由度并联平台运动学理论 11
2.2.1 广义坐标与变换矩阵 12
2.2.2 控制点变换 14
2.3 六自由度并联平台运动学反解 16
2.3.1 动平台速度与加速度 18
2.3.2 运动学反解 19
2.3.3 电动缸速度、加速度与伸缩速度、加速度 21
2.3.4 电动缸角速度和角加速度 25
2.3.5 滚珠丝杠角速度和角加速度 27
2.4 六自由度并联平台运动学正解 28
2.4.1 同伦连续法思路 28
2.4.2 同伦路径搜索 29
2.4.3 同伦连续算法流程 31
2.4.4 正解方程组的求解 32
2.5 六自由度并联平台运动学仿真求解方法 33
2.5.1 功能虚拟样机建模 33
2.5.2 运动学仿真方法 35
2.5.3 运动学仿真分析方法结论 37
第3章 六自由度并联平台动力学与驱动系统 38
3.1 引言 38
3.2 六自由度并联平台动力学理论 39
3.3 六自由度并联平台逆动力学 39
3.3.1 并联平台动力学完整模型 40
3.3.2 并联平台动力学简化模型 49
3.3.3 动力学模型仿真对比 52
3.4 六自由度并联平台驱动系统与模型建立 53
3.4.1 驱动方式 53
3.4.2 伺服驱动系统 54
3.4.3 伺服驱动器的配置 55
3.4.4 执行机构设计 56
3.4.5 PMSM数学模型的建立 56
第4章 六自由度并联平台多目标优化设计 61
4.1 引言 61
4.2 六自由度并联平台性能指标 62
4.2.1 雅可比矩阵 62
4.2.2 灵巧度 66
4.2.3 工作空间 67
4.2.4 电动缸伺服带宽 72
4.2.5 刚度与固有频率 73
4.2.6 奇异性 78
4.3 六自由度并联平台优化模型建立 81
4.3.1设计变量 82
4.3.2 约束条件 82
4.3.3 目标函数 83
4.4 改进实值自适应遗传算法 86
4.4.1 实值编码与搜索空间的确定 86
4.4.2 遗传算子的确定 87
4.4.3 约束条件的处理 88
4.4.4 适应度函数的确定 89
4.4.5 改进自适应遗传算法 89
4.4.6 多目标优化问题求解 90
4.5 六自由度并联平台优化结果与验证 91
4.5.1 工作空间验证 91
4.5.2 干涉性与奇异性验证 93
第5章 六自由度并联平台控制技术 96
5.1 引言 96
5.2 六自由度并联平台基本控制策略 96
5.2.1 铰点空间控制 97
5.2.2 铰点空间改进控制 98
5.2.3 计算力矩控制 99
5.3 六自由度并联平台迭代学习滑模变结构控制策略研究 100
5.3.1 迭代学习控制 101
5.3.2 滑模变结构控制 105
5.3.3 基于迭代学习的滑模变结构控制策略 109
5.3.4 迭代学习滑模控制仿真对比分析 111
第6章 六自由度并联平台联合仿真及实验 113
6.1 引言 113
6.2 六自由度并联平台样机的建立 114
6.2.1 虚拟样机的建立 114
6.2.2 实物样机的研制 115
6.3 六自由度并联平台固有频率测试实验 125
6.4 六自由度并联平台联合仿真及实验研究 128
6.4.1 协同式联合仿真原理分析 128
6.4.2 并联平台控制策略验证 130
附录 模拟器技术性能指标 137
前言/序言
六自由度并联电动平台属于典型的并联机构。由于基座与末端执行器之间具有环状的闭链约束，它具有运动惯量低、负载能力强、刚度大等优点，逐渐成为并联机构及并联机器人领域里的研究热点之一。过去，研究的主要精力大都放在并联平台的机构学设计和运动学分析上。随着对并联平台的控制性能要求的不断提高，仅通过机构学设计和运动学分析所得到的系统性能不再能够满足要求，产生并联平台结构参数优化设计及动力学控制研究的需求，与机构学和运动学研究不同，结构参数优化是针对基本的结构参数和典型的应用场景从多参数、多约束及多目标的优化设计数学模型的角度开展研究工作，动力学控制是在机构学设计、运动学分析和结构参数优化完成之后，基于已经形成的系统动力学模型，从系统控制的角度，根据某种控制理论，通过外加控制信号对系统的被控变量进行自动控制，来实现所期望的系统性能。目前，一些特殊使用场景，比如飞行员飞行模拟训练、汽车性能模拟测试、舰船武器稳定平台等，对系统性能要求越来越高，有关并联平台结构参数优化与控制的研究也具有更加重要的理论与实际应用价值。
本书专门针对进一步提高并联平台优化设计方法和控制性能改进，从多目标优化、系统控制角度来进行研究。从机构学分析和运动学建模开始入手，建立强耦合非线性运动学正解方程组，应用同伦连续法进行求解，求解过程中应用预估-校正法而非传统的欧拉法，提出工程中比较实用的虚拟样机仿真分析法来求解并联平台运动学正反解问题。利用牛顿-欧拉（Newton-Euler）法并结合达朗贝尔（D’Alembert）原理，建立并联平台完整动力学模型，分析比较完整动力学模型的三种简化方法，并建立驱动系统数学模型，推导包含电气驱动部分在内的铰点空间动力学模型。建立多参数、多约束及多目标的优化设计数学模型，提出优化并联平台结构参数的新方法。本书还对并联平台进行了迭代学习控制与滑模变结构控制研究，提出一种新的应用于并联平台控制的迭代学习滑模变结构集成复合控制策略，分别从不同的角度，采用不同的方法来寻求不断提高系统性能的控制策略，所提的所有控制策略均给出详细的分析与设计过程，以及相关的理论证明，并在实际系统上进行了协同式虚拟样机联合仿真实验和实物样机验证，有效地解决了并联平台中由机构本身参数的不确定性、系统非线性及轨迹扰动等因素引起的对系统性能的影响，极大地提高了并联平台的控制性能。
本书由吉林工程技术师范学院武光华、陆军工程大学张品共同撰写。
本书得到了吉林省科技发展计划重点研发项目（20230201118GX）及吉林省教育厅科学研究重点项目（JJKH20251194KJ）的大力支持，在此深表感谢！
由于作者水平有限，本书不妥与不足之处在所难免，敬请广大读者批评指正。
