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第1篇　空间机构设计的基本知识1

第1章　空间机构的组成原理1

1.1　基本概念1

1.2　机构的自由度7

1.3　空间机构的组成12

第2章　空间机构的数学基础20

2.1 回转变换矩阵20

2.1.1　点的位置在坐标系中的表示20

2.1.2　绕坐标轴回转的变换矩阵21

2.1.3　绕任意轴回转的变换矩阵23

2.1.4　绕定点转动的回转变换矩阵24

2.1.5　不共原点的坐标变换26

2.1.6　齐次变换26

2.2 回转变换矩阵的性质及其运算法则27

2.2.1　回转变换矩阵的性质27

2.2.2　回转变换矩阵的运算法则28

2.2.3　回转变换矩阵的分量29

2.2.4　回转变换矩阵的微分31

2.3　多项式方程解法31

2.3.1　对分区间法32

2.3.2　迭代法32

2.3.3 牛顿法32

2.4　非线性方程组解法33

第3章　空间机构运动分析35

3.1　运动分析的基础35

3.1.1　概述35

3.1.2　D-H坐标系35

3.1.3　相邻坐标系的变换36

3.2　空间机构的位姿方程38

3.2.1　空间闭链机构38

3.2.2　空间开链机构及机器人机构39

3.3　空间机构的位移分析42

3.3.1　空间闭链机构42

3.3.2　空间开链机构运动学逆解49

3.3.3　空间开链机构的工作空间54

3.4　空间机构的速度、加速度分析61

3.4.1　空间闭链机构61

3.4.2　空间开链机构63

第4章　空间机构受力分析67

4.1　空间闭链机构受力分析67

4.1.1 空间闭链机构的静力分析67

4.1.2　空间闭链机构的动力分析76

4.2　空间开链机构受力分析85

4.2.1　空间开链机构的静力分析85

4.2.2　空间开链机构的动力分析88

第5章　空间闭链机构设计的基本方法103

5.1 空间闭链机构设计的基本问题103

5.1.1　设计空间与约束条件103

5.1.2　设计要求与可行方案的数目104

5.1.3　型综合与尺寸综合105

5.2　按位移要求设计空间闭链机构105

5.2.1 函数综合105

5.2.2　轨迹综合109

5.2.3　刚体导引110

5.3　按速度、加速度和动力特性设计空间闭链机构113

5.3.1　按速度、加速度要求设计空间闭链机构114

5.3.2　按动力特性要求设计空间闭链机构116

5.3.3　空间闭链机构的特殊位置和压力角116

5.4　空间闭链机构的优化综合117

5.4.1　优化设计117

5.4.2　直接处理约束条件的优化方法120

5.4.3　间接处理约束条件的优化方法122

第2篇　空间机构在工程设计中的应用128

第6章　空间闭链机构的设计及其应用128

6.1　按主、从动件摆角要求设计空间闭链机构128

6.1.1　单闭链机构128

6.1.2　多闭链机构131

6.2　按运动轨迹设计空间闭链机构134

6.2.1　单自由度机构135

6.2.2　多自由度机构137

6.3　按工作性能要求设计空间闭链机构140

6.3.1 按工作行程和动力性能设计活塞机构141

6.3.2　按工作行程和静力要求设计农机耕作器起落机构143

6.3.3　按工作速度要求设计筛驱动机构145

6.4　空间机构在工程中的应用149

6.4.1　空间机构在轻工机械中的应用149

6.4.2　空间机构在农业机械中的应用152

6.4.3　空间机构在飞机和汽车上的应用153

第7章　机器人机构设计的基本方法156

7.1　机器人机构的结构设计156

7.1.1　手臂的结构形式156

7.1.2　手腕的结构形式157

7.1.3　手臂和手腕的相关性158

7.1.4　物体姿态的实现159

7.1.5　机器人机构的结构设计方法160

7.2　机器人机构的尺寸设计161

7.2.1　基于末杆位姿要求的尺寸设计161

7.2.2　基于末杆活动空间要求的尺寸设计167

7.3　机器人轨迹规划171

7.3.1　多项式插补方法171

7.3.2　用抛物线过渡的线性插值172

7.3.3　圆弧插补173

第8章　机器人机构的分析与应用177

8.1　焊接机器人177

8.2　点焊机器人190

8.3　喷涂机器人202

8.4　装配机器人212

参考文献219