Structural Synthesis of Parallel Robots pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Gogu, Grigore

出品人:

页数:780

译者:

出版时间:2008-12

价格:$ 145.77

装帧:

isbn号码:9781402097935

丛书系列:

图书标签:

• Parallel Robots
• Structural Synthesis
• Mechanism Design
• Kinematics
• Dynamics
• Robotics
• Automation
• Engineering
• Mechanical Engineering
• Machine Design

结构综合与并联机器人：面向高性能应用的先进设计方法 本书简介 本书深入探讨了并联机器人系统在结构设计、运动学分析及控制策略方面的前沿研究与应用。我们聚焦于如何通过创新的结构综合方法，实现具有卓越性能、高刚度和高精度的新型并联机器人构型。全书内容旨在为机器人工程师、研究人员以及高级学生提供一个从理论基础到实际应用的全面指南，特别侧重于如何将先进的结构设计理念转化为具有实际工程价值的机器人系统。 第一部分：并联机器人基础与结构合成的必要性 第1章：并联机器人概述与传统挑战 并联机器人因其高刚度、高负载能力和快速响应速度等优势，在航空航天、精密制造和医疗手术等领域展现出巨大的应用潜力。然而，传统并联机器人设计常常面临构型选择困难、工作空间受限以及奇异点分布不均等问题。本章首先回顾了并联机器人的基本拓扑结构，包括桁架式、移动平台式和混合式结构，并分析了它们在不同应用场景下的局限性。我们强调了结构综合（Structural Synthesis）在克服这些挑战中的核心作用，即从零开始设计出满足特定性能指标的最佳机器人结构。 第2章：结构综合的理论框架 结构综合不仅仅是选择已知的连杆和关节组合，而是一个系统化的设计过程。本章系统介绍了现代结构综合的理论基础，包括基于拓扑学的方法、基于约束的建模技术以及性能指标的量化。我们将详细阐述如何利用图论、群论和代数拓扑工具来描述和分析机器人结构的可行性空间。重点讨论了自由度分析、可操作性分析（Operability Analysis）以及如何将性能指标（如刚度、工作空间体积、奇异性分布）集成到综合过程中。我们探讨了如何定义“良好”的结构，以及如何通过数学优化框架来搜索最优设计空间。 第二部分：先进的结构综合方法论 第3章：基于拓扑优化的结构设计 拓扑优化（Topology Optimization）作为一种强大的设计工具，已被成功应用于结构工程领域，并正在并联机器人结构设计中发挥关键作用。本章详细介绍了如何将并联机器人的运动学和动力学约束转化为拓扑优化问题。我们将探讨密度法、水平集方法在连杆形状和内部支撑结构优化中的应用。重点分析了如何在优化过程中同时考虑结构强度和运动学性能，例如，如何设计出在特定载荷方向上具有最大刚度的连杆截面，同时确保机器人具备所需的工作空间。实例分析将展示如何利用这些方法生成具有生物启发性或非传统外观的高性能结构。 第4章：基于约束驱动的构型生成 与传统的迭代设计过程不同，约束驱动方法试图一步到位地生成满足特定性能要求的机器人构型。本章聚焦于如何将高性能指标（如最小化运动耦合、最大化末端执行器刚度）转化为数学约束条件。我们将介绍利用反问题求解技术和遗传算法等启发式搜索方法来探索巨大的构型空间。特别关注了如何通过限制特定关节的运动范围或改变连杆的连接方式来主动避免奇异点，从而生成更鲁棒的结构。 第5章：模块化与可重构并联机器人的结构综合 模块化设计是提高机器人灵活性和适应性的关键途径。本章探讨了如何设计具有标准接口和可快速重构能力的并联机器人单元。我们分析了如何从模块化的角度进行结构综合，即设计一组基础模块，通过不同的连接方式可以组装出具有不同自由度和工作空间的机器人。本章还将讨论如何利用自动化技术来验证和优化模块之间的连接强度和运动学兼容性。 第三部分：结构综合后的性能分析与优化 第6章：刚度建模与结构对性能的影响 刚度是决定并联机器人精度和负载能力的核心参数。本章深入探讨了如何建立并联机器人的静态和动态刚度模型。我们将重点分析结构设计（连杆长度、关节类型、材料选择）如何直接影响系统的雅可比矩阵和刚度矩阵。通过对比不同结构综合方法产生的机器人，我们量化了结构优化对系统整体刚度的提升效果，并展示了如何通过结构修改来平衡轴向和横向的刚度特性。 第7章：工作空间与奇异性分析 机器人的工作空间（Workspace）和奇异性（Singularity）是其可操作性的重要指标。本章提供了先进的工作空间分析技术，包括可达工作空间、可操作工作空间和可重构工作空间。我们详细阐述了如何利用结构参数的变化来“塑造”工作空间，使其更适应特定的应用需求。此外，还介绍了识别和避免结构奇异点的方法，特别是在多层级或复杂约束的并联结构中，如何通过结构设计来推迟或消除这些影响系统稳定性的点。 第8章：动力学建模与结构对控制的影响 并联机器人的精确动力学模型是实现高精度控制的基础。本章回顾了基于牛顿-欧拉法和拉格朗日方程的动力学建模方法，并着重分析了结构参数如何影响系统的惯性矩阵和科里奥利力项。我们讨论了如何设计具有低耦合度的结构，以简化后续的反馈控制设计。通过结构综合优化，我们追求的是一个在动力学上更“温和”的系统，从而降低对高带宽控制器的依赖。 第四部分：先进应用的结构实现与案例研究 第9章：面向特定环境的结构设计案例 本章通过具体的工程案例来展示结构综合方法的实际应用。我们将分析为超高精度测量系统、重载起重机构以及微操作机器人专门设计的并联结构。案例研究将涵盖从初始性能需求定义、结构综合方法选择、到最终原型制造和测试的全过程。例如，如何通过优化连杆的质量分布来最小化运动时的振动响应，或者如何设计出具有内部冗余约束的结构以提高容错能力。 第10章：集成智能与自适应结构 展望未来，机器人结构需要具备一定的环境感知和自适应能力。本章探讨了将智能材料和传感器集成到并联机器人结构中的可能性。我们将讨论如何利用形状记忆合金或压电材料来主动调整机器人刚度或改变其运动轨迹，以适应不确定或变化的外部环境。本章还对未来结构综合领域的发展方向，特别是与机器学习和数字孪生技术的融合进行了展望。 结论 本书全面系统地介绍了并联机器人结构综合的理论、方法和实践。通过遵循本书提出的系统化设计流程，工程师和研究人员将能够超越传统的设计范式，创造出在性能、精度和鲁棒性方面具有显著优势的新一代并联机器人系统。

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《Structural Synthesis of Parallel Robots》为我提供了一个看待并行机器人设计问题的全新视角。在以往的工作中，我可能更侧重于对现有结构的优化和改进，而这本书则带领我深入到“结构合成”的源头，探讨如何从零开始，依据性能需求来“生成”一个合适的结构。作者在书中引入的各种数学工具和算法，虽然需要一定的数学功底才能完全掌握，但它们所展现出的严谨性和普适性，让我对并行机器人设计的科学性有了更深刻的认识。书中关于度量空间、自由度分析以及机构学原理的讨论，为理解和生成复杂机构提供了强大的理论基础。我希望通过对书中内容的深入研究，能够提升我在高精度、高灵活度并行机器人设计方面的能力，并在一些前沿的机器人应用领域有所突破。这本书无疑为我打开了新的研究思路。

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从一名对并行机器人结构合成充满好奇但又不知从何下手的初学者角度来看，《Structural Synthesis of Parallel Robots》这本书简直是一本“救星”。它以一种非常清晰易懂的方式，逐步引入了并行机器人设计的复杂概念。书中大量的图示和公式，虽然初看有些 intimidating，但作者的讲解循序渐进，能够帮助我这个“小白”逐步理解。我特别喜欢书中对于不同类型并行机构的“基因”分析，这让我能够从更根本的层面理解它们是如何构建起来的。在学习过程中，我不仅了解了现有的各种经典结构，还学会了如何运用书中的工具去“组合”和“演化”出新的结构。这本书让我明白，并行机器人的设计并非只能模仿，而是充满创意的过程。对于那些想要系统学习并行机器人设计，但又缺乏足够入门指导的读者来说，这本书绝对是必不可少的。

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一本能够如此深入探讨并系统梳理并行机器人结构合成领域前沿技术的著作，实在难能可贵。我一直在寻找一本能够提供扎实理论基础，又能引导实际应用的书籍，而《Structural Synthesis of Parallel Robots》正是我想象中的那一本。它所涵盖的内容，从并行机构的分类、设计原则，到具体的合成方法和优化策略，都展现出了作者深厚的学术功底和丰富的实践经验。尤其吸引我的是书中对多种经典并行机器人构型生成过程的详细解析，这不仅仅是理论的堆砌，更是一种对工程思维的启迪。通过学习书中介绍的各种合成技术，我希望能更有效地设计出满足特定性能需求的并行机器人，比如在航空航天、医疗器械或工业自动化等领域。此外，作者在书中对未来发展趋势的展望，也让我对接下来的研究方向有了更清晰的认识，并激发了我进一步探索创新性结构设计的热情。这本书无疑是我在并行机器人领域深入学习和研究的宝贵财富。

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《Structural Synthesis of Parallel Robots》这本书给我的感觉，就像是把我从一个概念模糊、零散的并行机器人设计者的角色，提升到了一个能够进行系统性、原理性思考的工程师。在阅读过程中，我惊喜地发现，书中并没有直接给出“最佳”的设计方案，而是提供了一套完整的方法论，教会我如何一步步地去“发现”和“创造”出适合特定需求的并行机器人结构。作者对不同合成策略的比较分析，以及它们各自的优缺点，让我能够更理性地评估每种方法的适用性。书中关于运动学、动力学和刚度分析的章节，也为我理解结构性能与机械特性之间的关系提供了坚实的理论支撑。我尤其欣赏作者在案例分析部分的设计，这些贴近实际的例子，让我能够将抽象的理论知识转化为具体的工程实践，解决我在实际项目中遇到的设计难题。总而言之，这本书不仅仅是一本技术手册，更是一本能够激发设计灵感、提升解决问题能力的哲学指南。

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作为一名资深的机器人工程师，我一直在寻找一本能够帮助我跳出固有思维模式，探索更具创新性的并行机器人设计的书籍。《Structural Synthesis of Parallel Robots》这本书正好满足了我的需求。它并没有局限于介绍现有的机构，而是着重于“合成”——如何从根本上生成满足特定约束和性能要求的并行机器人结构。书中提出的“自由度分配”和“约束分析”等概念，对于理解机构的本质非常有帮助。我欣赏作者对不同合成策略的深入剖析，以及它们在实际设计中的应用前景。书中对于一些复杂机构的生成过程的详细推导，更是让我受益匪浅。这本书不仅仅是知识的罗列，更是一种思维方式的传递，它鼓励我去挑战传统的設計模式，去探索并行机器人设计的无限可能。我期待通过学习这本书，能够为我未来的工程项目带来更多突破性的设计。

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