目前，并联机床已由样机研发阶段逐渐向实用化和产业化过渡，出现了众多结构形式各异的并联机床，并在一些领域得到了应用。然而，随着人们对并联机床的认识越来越深入，并联机床相关技术的研究和开发工作的步伐逐渐趋于平缓。限制并联机床实用化和产业化的原因众多，如理论研究与实际应用相脱节，或现有工艺水平及加工能力还无法满足要求，或结构本身就存在"先天"缺陷等。从结构本身的"先天"缺陷方面看，较小的工作空间、有限的姿态能力和大量的奇异位形是并联机床的主要缺点。有效的解决方法是引入驱动冗余。虽然并联机床采用驱动冗余方式具有这些优点，但也增加了其理论研究和实际控制的难度。驱动冗余并联机床的控制复杂，需要对内力实时分配，并且不能采用传统的单支链回零方法。冗余并联机床的高速高精度稳定控制是一项具有挑战性的课题。为了获得较高的运动品质，必须研究适合于驱动冗余并联机床的运动学和动力学参数辨识方法以及控制技术等，推动并联机床的实用化进程。因此，本书以作者近年来在并联机床的优化设计、动态特性分析及运动控制方面的研究成果为基础，系统论述冗余并联机床的性能分析、参数辨识及控制方法。
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目录
《21世纪先进制造技术丛书》序
前言
第1章 绪论 1
1.1 并联机床的应用发展 1
1.2 并联机床动力学及控制研究状况 6
1.2.1 冗余机床动力学优化方法 6
1.2.2 冗余机床动力学参数辨识方法 7
1.2.3 并联机床的控制 8
1.3 本书的主要内容 10
参考文献 12
第2章 驱动冗余并联机床的性能分析 17
2.1 引言 17
2.2 运动学分析 17
2.3 冗余机床工作空间 21
2.3.1 位置工作空间 21
2.3.2 姿态工作空间 23
2.4 灵巧度分析 25
2.5 奇异性 26
2.5.1 微分运动分析 26
2.5.2 奇异位形分析方法 27
2.5.3 驱动冗余对正运动学奇异位形的影响 28
2.5.4 驱动冗余并联机床奇异性 29
2.6 刚性分析 32
2.6.1 力雅可比矩阵 32
2.6.2 刚度评价指标 33
2.6.3 驱动冗余对机构刚度的影响 36
2.6.4 驱动冗余并联机床刚度性能 36
参考文献 39
第3章 驱动冗余并联机床的运动学标定 41
3.1 引言 41
3.2 运动学标定原理 41
3.3 辨识方程 43
3.3.1 辨识方程的简化 43
3.3.2 最少参数线性组合的误差建模方法 44
3.3.3 驱动冗余并联机床外部标定的误差建模 47
3.4 测量 52
3.4.1 最少参数线性组合的测量方案设计方法 53
3.4.2 驱动冗余并联机床外部标定的测量方案设计 55
3.5 误差补偿 60
3.5.1 最少参数线性组合的分步误差补偿方法 60
3.5.2 驱动冗余并联机床外部标定的误差补偿 61
参考文献 64
第4章 驱动冗余并联机床的静刚度建模与实验 67
4.1 引言 67
4.2 刚度建模 67
4.2.1 坐标变换 68
4.2.2 滚动直线导轨滑台系统刚度模型 69
4.2.3 整机刚度模型 73
4.3 驱动冗余及非冗余并联机床刚度模型 74
4.3.1 驱动冗余并联机床整机刚度 74
4.3.2 非冗余并联机床整机刚度 77
4.3.3 驱动冗余并联机床和非冗余并联机床刚度比较 79
4.4 基于ABAQUS 的刚度分析 81
4.5 机床部件对整机刚度的影响 85
4.5.1 曲柄厚度对整机刚度的影响 85
4.5.2 护板截面参数对整机刚度的影响 86
4.5.3 连杆结构对整机刚度的影响 89
4.5.4 轴承径向刚度及丝杠刚度对整机刚度的影响 90
4.6 刚度实验 93
4.6.1 实验原理及结果 93
4.6.2 刚度实验结果分析 95
参考文献 98
第5章 驱动冗余并联机床的逆动力学 100
5.1 引言 100
5.2 基于虚功原理的刚体动力学建模方法 100
5.2.1 偏速度矩阵和偏角速度矩阵 101
5.2.2 刚体上作用力等效规则 102
5.2.3 动力学模型 103
5.3 驱动冗余并联机床刚体动力学模型 104
5.3.1 运动部件偏速度矩阵和偏角速度矩阵 104
5.3.2 加速度分析 105
5.3.3 驱动冗余并联机床动力学模型 106
5.3.4 驱动力优化 108
5.4 动力学操作度 113
5.4.1 动力学操作度评价指标 113
5.4.2 驱动冗余并联机床动力学操作度 114
5.5 考虑杆件变形的动力学建模方法 115
5.5.1 连杆质心加速度分析 116
5.5.2 机构受力分析 117
5.5.3 驱动力优化 119
5.5.4 数值仿真 120
参考文献 124
第6章 驱动冗余并联机床的动力学参数辨识 127
6.1 引言 127
6.2 面向动力学参数辨识应用的动力学模型 127
6.2.1 基本动力学参数 127
6.2.2 线性化形式动力学模型 128
6.3 动力学参数辨识原理 130
6.4 两步辨识法 133
6.4.1 基本原理 133
6.4.2 激励轨迹优化的评价指标 133
6.4.3 惯性力有关的动力学参数辨识 134
6.4.4 摩擦力系数辨识 136
6.5 动力学参数辨识实验研究 136
6.5.1 辨识实验 136
6.5.2 验证实验 138
参考文献 139
第7章 驱动冗余并联机床的回零方法 141
7.1 引言 141
7.2 机床回零原理 142
7.3 驱动冗余并联机床回零 144
7.3.1 机床位形对回零的影响 144
7.3.2 回零策略 145
7.3.3 回零实验 149
参考文献 150
第8章 驱动冗余并联机床的控制 152
8.1 引言 152
8.2 驱动冗余并联机床位置-力控制 152
8.2.1 位置控制 152
8.2.2 位置-力控制 155
8.2.3 位置环控制器设计 157
8.3 驱动冗余并联机床位置-力交换控制 161
8.3.1 位置-力控制缺点 161
8.3.2 位置-力交换控制 161
8.3.3 位置补偿 163
8.4 驱动冗余并联机床动力学差分预测控制 166
8.5 控制策略实验研究 167
8.5.1 控制系统硬件组成 167
8.5.2 控制系统软件结构 170
8.5.3 动力学差分预测控制实验 174
8.6 驱动冗余并联机床性能评价 175
8.6.1 轮廓误差实验 175
8.6.2 位置精度实验 178
8.6.3 切削实验 180
参考文献 182
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