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出版者:中央广播电视大学出版

作者:胡玉睿主编

出品人:

页数:60

译者:

出版时间:2004-11

价格:10.00元

装帧:

isbn号码:9787304028497

丛书系列:

图书标签:

• 机械手
• 机器人
• 工业机器人
• 自动化
• 控制系统
• 机械工程
• 制造
• 运动学
• 动力学
• 传感器

《匠心独运：精妙机械结构与运动解析》 本书并非关于手臂的延伸，而是深入探索那些隐藏在日常物品与复杂设备背后，驱动万物运转的精妙机械原理。我们将一同揭开 gears（齿轮）、levers（杠杆）、cams（凸轮）、linkages（连杆机构）等基本组件如何协同工作，将简单的输入转化为复杂多样的输出。 第一篇：静止的力量——结构与传动基础 第一章：稳固之基——机械结构的静力学与稳定性 我们将从最基础的力学原理出发，解析承载、支撑以及平衡的奥秘。从简单的梁和柱，到复杂的框架结构，了解材料的强度、韧性以及如何通过合理的结构设计来抵抗外力，确保机械系统的稳定运行。我们将探讨应力、应变、弹性极限等概念，并分析不同连接方式（如螺栓连接、焊接、铆接）对结构整体性能的影响。 知识点：力矩平衡、重心、材料力学基础、结构稳定性分析。 第二章：动力之源——原动机与动力传递 本章将聚焦于机械系统的“心脏”——原动机，以及如何将动力有效地传递到需要做功的部分。我们将探讨各种能量转换装置，如内燃机、电动机、液压马达等的工作原理，理解它们如何产生和输出动力。在此基础上，深入研究动力传递系统，包括皮带传动、链条传动、齿轮传动等，分析它们的传动比、效率、适用范围以及优缺点。 知识点：原动机类型与工作原理、扭矩与功率、传动比计算、皮带、链条、齿轮传动详解。 第三章：链动乾坤——精巧的传动机构 本章将聚焦于那些能够改变速度、扭矩或运动方向的传动机构。我们将详细解析各种齿轮的类型（直齿轮、斜齿轮、锥齿轮、蜗轮蜗杆等）及其啮合原理，理解它们如何实现减速、增速或变速。同时，我们将深入研究其他重要的传动元件，如联轴器（用于连接轴）、离合器（用于接通或断开动力）、制动器（用于减速或停止）等，分析它们的结构特点和工作方式。 知识点：齿轮啮合原理、渐开线齿廓、各种齿轮传动比与应用、联轴器、离合器、制动器原理。 第二篇：运动的艺术——机构的动态解析 第四章：轨迹的绘制者——连杆机构与曲柄滑块 连杆机构是实现复杂运动轨迹的基石。本章将详细介绍各种常见的连杆机构，如四杆机构（曲柄滑块、摇杆滑块等）、六杆机构等。我们将深入分析它们如何通过杆件的相对运动，将一种运动转化为另一种，例如将旋转运动转换为往复运动，或实现特殊的轨迹描绘。特别地，我们将详细解析曲柄滑块机构，理解其在往复运动机械（如内燃机活塞）中的应用。 知识点：四杆机构的运动分析、曲柄滑块机构工作原理、连杆机构设计与应用。 第五章：无形的推手——凸轮与从动件 凸轮机构是实现非匀速、非周期性运动的理想选择。本章将深入研究凸轮的形状设计，以及凸轮与从动件（如滚子、平底从动件）之间的配合原理。我们将分析不同形状的凸轮（如圆盘凸轮、圆柱凸轮、截顶圆凸轮）如何产生特定的运动规律（如匀速、等加速、正弦等），以及凸轮机构在自动机、印刷设备、内燃机配气系统等领域的广泛应用。 知识点：凸轮类型与设计、从动件运动规律、凸轮机构设计与实例。 第六章：精密的尺度——测量与定位机构 准确的测量和可靠的定位是许多精密机械系统的核心。本章将探讨实现精确测量的各种机械原理，包括游标、千分尺、测微器等工具的设计基础，理解它们如何通过放大微小位移来实现高精度测量。同时，我们将研究定位机构，如回转定位、直线定位机构，分析它们的定位精度、可靠性和应用场景，例如在数控机床、自动化生产线上的应用。 知识点：测量工具的机械原理、定位机构类型与精度、公差与配合。 第三篇：系统的集成与未来 第七章：协同的韵律——多自由度机构与机器人基础 本章将进一步探讨由多个机构组合形成的复杂系统。我们将分析多自由度机构如何实现更丰富、更灵活的运动。我们将接触到空间机构的基本概念，以及它们在工业机器人、自动化装配线等领域的应用。我们将了解关节、链条、自由度等基本概念，为理解更复杂的自动化设备打下基础。 知识点：机构自由度计算、空间机构概述、工业机器人运动学基础。 第八章：微观的精妙——微型机械与新材料 随着科技的进步，机械原理正向着微观世界延伸。本章将简要介绍微机电系统（MEMS）的基本概念，以及微型机械的驱动与控制原理。同时，我们将展望新材料（如形状记忆合金、新型复合材料）在未来机械设计中的潜力，它们将如何赋予机械系统前所未有的性能和功能。 知识点：MEMS基础、微型驱动技术、新材料在机械领域的前景。 本书旨在通过清晰的原理阐述、丰富的实例解析，帮助读者建立起对机械世界深层运作机制的深刻理解。我们关注的是驱动、运动、结构与功能的内在逻辑，而非某个具体执行部件的形态。通过本书的学习，您将能够更敏锐地观察身边那些精妙的机械设计，理解它们是如何将物理定律转化为实用功能的。

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这本书对于机械手末端执行器（End-Effector）的设计哲学探讨，是它区别于其他同类书籍的最大亮点之一。很多教材将夹持器视为一个简单的末端负载，但在《机械手原理》中，作者将其提升到了与主臂同等重要的地位来讨论。书中详细分析了不同类型抓手——从两指平行夹具到多指仿生抓手——在处理几何形状各异物体时的适用性边界。我特别喜欢其中关于“适应性抓取”的章节，它不仅仅停留在静力学分析，还引入了摩擦锥理论和接触几何学，来预测抓取物体时的稳定性。作者甚至讨论了如何通过改变夹持面的材料属性（如使用高摩擦系数的弹性体）来简化复杂的视觉识别和力控需求，这是一种“以被动适应解决主动控制难题”的工程智慧。这种从宏观结构到微观接触力的全景式覆盖，使得读者能构建一个更完整、更贴近真实世界复杂性的机械手系统认知模型，而不是只停留在理想化的点接触假设上。

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这本书的排版和插图质量，可以说是近些年来我读过的技术书籍中的佼佼者。它在处理高维度的数学概念时，展现出一种近乎艺术家的严谨。以第四章关于机械手动力学建模为例，作者在推导拉格朗日方程时，其符号选择和矩阵分块的方式，极大地降低了视觉上的复杂性。它没有采用那种密密麻麻、一眼望不到头的公式堆砌，而是巧妙地将影响项分组，并在关键的惯性项、科氏力和重力项旁，都配上了清晰的、标注了各个关节角度和速度的示意图。这使得读者在进行反向动力学求解时，可以非常清晰地追踪每一个变量的来源和贡献。更值得称赞的是，书中对计算效率的讨论。它没有满足于理论上的正确性，而是直接对比了牛顿-欧拉法和拉格朗日法的计算复杂度，并给出了在不同计算资源下的性能预期。这对于那些需要在嵌入式系统上实时运行控制算法的开发者来说，提供了非常实际的参考数据，而不是停留在纯粹的理论层面空谈。

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我原本以为这会是一本晦涩难懂的技术手册，毕竟“原理”二字总是带着一丝教条主义的意味，然而，《机械手原理》带给我的惊喜，在于其叙事的节奏感和对历史脉络的梳理。阅读体验就像是跟随一位经验丰富的行业前辈，一步步走过机器人技术从萌芽到成熟的漫长历程。书中用了相当大的篇幅来回顾早期工业机器人的结构设计，比如对串联式和并联式结构优缺点的比较分析，简直是一堂精彩的“结构美学”课。作者没有回避那些曾经的工程死胡同，反而坦诚地展示了早期的力控算法是如何受限于计算能力而显得笨拙，以及后来在微分运动学上的突破是如何彻底改变了操作的平滑度。尤其让我印象深刻的是，在讨论到五自由度及以上机械臂的运动规划时，它并没有直接跳到最先进的路径优化算法，而是先深入讲解了万向节死锁的几何成因，这种追本溯源的讲解方式，使得读者在理解现代解决方案时，能够对技术迭代的必要性产生深刻的共鸣。这本书的价值在于，它不仅告诉你“怎么做”，更让你明白“为什么必须这样做”，这种历史的厚重感，在冰冷的机械数据中注入了人文的关怀。

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说实话，市面上关于机器人学的书汗牛充栋，大多数都在“控制论”和“动力学”这两条线上打转，但这本书的独特之处在于其对“人机交互”层面的关注，这使得它从一本纯粹的机械工程书，跃升为跨学科的参考读物。我尤其欣赏其中关于示教编程和直观操作界面的章节。作者深入探讨了如何将人类的意图，通过有限的输入设备精确地转化为机械手的复杂指令集，这不仅仅是关于坐标转换，更是关于认知科学在工程中的应用。例如，书中对阻抗控制策略的阐述，没有仅仅停留在拉普拉斯域的传递函数分析，而是花了很大篇幅来讨论如何设计一个能让操作员“感觉良好”的虚拟阻尼和刚度参数，这直接关系到人与机器人在高精度装配任务中的协作效率。此外，对于离线编程（OLP）软件的局限性分析也极为到位，它清晰地指出了当前仿真环境与真实物理世界之间存在的“仿真误差鸿沟”，并提出了通过迭代校准来弥合这一差距的实际操作流程。这本书的视角更为前沿和人性化，关注的不再只是机器能动多快，而是人与机器能协同得多好。

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这本新近购得的《机械手原理》读起来，让人感觉像是直接走进了一个充满精密计算和未来想象的工坊。作者在开篇就以一种近乎哲学的姿态，探讨了“模仿生命”这一亘古不变的主题，但很快，笔锋就转向了对实际工程问题的深入剖析。我特别欣赏其中关于运动学建模的部分，它摒弃了许多教科书里常见的过于抽象的符号堆砌，而是通过一系列精心绘制的、极具空间感的图示，将复杂的齐次变换矩阵和雅可比矩阵的推导过程，变得异常直观。特别是对笛卡尔坐标系与关节空间转换的阐述，作者似乎总能在最关键的节点，用一个恰到好处的比喻，瞬间打通读者思维的堵塞点。例如，他将冗余自由度机器人的规划，比喻为在三维迷宫中寻找最优路径的“探险家”，强调的不仅仅是数学上的可行性，更是对物理约束和能耗的综合考量。书中对于传感器融合技术在反馈控制中的应用也着墨不少，不仅仅是罗列了光电编码器和力矩传感器的工作原理，更侧重于讨论如何在噪声环境中，通过卡尔曼滤波等算法实现高精度的位姿估计，这对于那些希望将理论付诸实践的工程师来说，无疑是宝贵的实战指南。总而言之，这本书在理论深度和工程实践性之间找到了一个精妙的平衡点，绝非市面上那些空洞的理论概述可比拟。

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