Performanceanalysisandoptimizationofparallelmanipulators9787577201429
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作者李秦川,杨超,徐灵敏,叶伟
出版社华中科技大学
ISBN9787577201429
出版时间2024-02
装帧其他
开本其他
定价168元
货号31971489
上书时间2024-12-21
商品详情
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作者简介
李秦川,中国科协九大全国代表,国家杰出青年科学基金获得者,浙江省优秀教师,浙江省新世纪151人才工程重点资助培养人员。主要研究方向为机器人机构学,在少自由度并联机器人构型综合、拓扑性能评价和自由度分析等方向形成特色,主持国家和省部级科研项目9项,发表论文40余篇,其中SCI论文16篇,SCI他引300余次,出版Springer专著1部,授权中国发明专利17件。
目录
1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1 Research Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Performance Evaluation Indices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2.1 Workspaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2.2 Kinematic Performance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.2.3 Stiffness Performance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.2.4 Dynamic Performance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.3 Optimization Algorithm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.3.1 Traditional Optimization Algorithms . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.3.2 Intelligent Optimization Algorithms . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.3.3 Ways to Improve Optimization Algorithms . . . . . . . . . . . 26
1.4 Multi-Objective Optimization Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
1.4.1 Comprehensive Objective Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
1.4.2 Pareto Frontier Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
1.4.3 PCA Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
1.5 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2 Kinematic Performance Analysis and Optimization of Parallel
Manipulators Without Actuation Redundancy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.1 Basics of Screw Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.2 Condition Number Indices and Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2.2.1 Condition Number Indices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2.2.2 Example 1: 6PSS PM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.2.3 Example 2: 2-(PRR)2RH PM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.2.4 Example 3: 2PRS-PRRU PM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
2.3 Motion/Force Transmission Indices and Applications . . . . . . . . . . 65
2.3.1 Motion/Force Transmission Indices . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
2.3.2 Example 1: 6PSS PM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
2.3.3 Example 2: 2PUR-PRU PM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
2.3.4 Example 3: 2PUR-PSR PM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
2.4 Motion/Force Constraint Indices and Applications . . . . . . . . . . . . 84
2.4.1 Motion/Force Constraint Indices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
2.4.2 Example 1: 2PUR-PRU PM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
2.4.3 Example 2: 2PUR-PSR PM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
2.5 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
3 Motion/Force Transmission Performance Analysis
and Optimization of Parallel Manipulators with Actuation
Redundancy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 3.1 Motion/Force Transmission Indices of Parallel
Manipulators with Actuation Redundancy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
3.2 Example 1: 6PSS-UPS PM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
3.3 Example 2: 2UPR-2PRU PM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
3.4 Example 3: 2PUR-2PRU PM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
3.5 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
4 Motion/Force Constraint Performance Analysis
and Optimization of Overconstrained Parallel Manipulators
with Actuation Redundancy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 4.1 Motion/Force Constraint Indices of Overconstrained
Parallel Manipulators with Actuation Redundancy . . . . . . . . . . . . 132
4.2 Example 1: 2UPR-2PRU PM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
4.3 Example 2: 2PUR-2PRU PM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
4.4 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
5 Elastostatic Stiffness Evaluation and Optimization of Parallel
Manipulators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
5.1 Stiffness Performance Evaluation Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
5.2 Example: 2UPR-RPU PM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
5.2.1 Stiffness Modeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
5.2.2 Stiffness Performance Optimization . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
5.3 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
6 A Methodology for Optimal Stiffness Design of Parallel
Manipulators Based on the Characteristic Size . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
6.1 Methodology for the Optimal Stiffness Performance
Design of PMs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
6.2 Example 1: Optimal Stiffness Performance Design
of the 2UPR-RPU PM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
6.3 Example 2: Optimal Stiffness Performance Design
of the 2PRU-PSR PM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
6.4 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
7 Multi-objective Optimization of Parallel Manipulators Using
Game Algorithm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
7.1 Multi-objective Optimization Game Algorithm . . . . . . . . . . . . . . . 177
7.2 Example: 2UPR-RPU PM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
7.2.1 Regular Workspace Volume . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
7.2.2 Motion/Force Transmissibility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
7.2.3 Stiffness Performance Evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
7.2.4 Multi-objective Optimization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
7.3 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
8 Hybrid Algorithm for Multi-objective Optimization Design
of Parallel Manipulators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
8.1 Hybrid Algorithm and GPR-Based Mapping Modeling . . . . . . . . 206
8.1.1 Procedure of the Hybrid Algorithm . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
8.1.2 GPR-Based Mapping Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
8.2 Example: 2PRU-UPR PM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
8.2.1 Kinematic Performance Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
8.2.2 Stiffness Performance Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
8.2.3 Elastodynamic Performance Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
8.2.4 Regular Workspace Volume . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
8.2.5 Multi-objective Optimization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
8.3 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
9 Sensitivity Analysis and Multi-objective Optimization Design
of Parallel Manipulators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
9.1 Sensitivity Analysis and Multi-objective Optimization
Design Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
9.1.1 Response Surface Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
9.1.2 Sensitivity Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
9.1.3 Multi-objective Optimization Design of PMs . . . . . . . . . 236
9.2 Example: Delta PM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236
9.2.1 Workspace Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
9.2.2 Kinematic Performance Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240
9.2.3 Dynamic P
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