機(jī)械原理教學(xué)參考書（上）

前言

　　教育部高等學(xué)校機(jī)械學(xué)科教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)機(jī)械基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)分委員會(huì)在2001年第一次工作會(huì)議上，根據(jù)上一屆課委會(huì)對我國當(dāng)前高等工科學(xué)校教師隊(duì)伍現(xiàn)狀的分析，針對青年教師的學(xué)歷高、專業(yè)知識(shí)強(qiáng)，但缺少“機(jī)械原理”課程教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的特點(diǎn)，決定編寫一套旨在提高青年教師教學(xué)水平的機(jī)械原理教學(xué)參考書，分工由教指委委員張春林和余躍慶二位教授負(fù)責(zé)該參考書的編寫工作?！　≡?002年教指委第二次工作會(huì)議上，成立了以張策教授為主任的編寫委員會(huì)，編委會(huì)討論通過了本參考書的編寫目的、定位、內(nèi)容與體系，并根據(jù)學(xué)術(shù)水平、教學(xué)經(jīng)驗(yàn)、國內(nèi)知名度以及奉獻(xiàn)精神等方面確定了各篇的主編，并取得高等教育出版社的支持?！　≡?003年教指委工作會(huì)議上，編寫委員會(huì)討論了各篇主編提供的編寫大綱，并提出了反饋意見，明確了完成時(shí)間。　　在2004年教指委工作會(huì)議上，張春林、余躍慶二位教授匯報(bào)了該參考書的編寫進(jìn)展情況。經(jīng)過協(xié)商，確定了由前教指委委員謝存禧教授、李瑰賢教授、鄒慧君教授分別擔(dān)任上冊、中冊和下冊的主審，該參考書進(jìn)入了有序的編寫工作階段。　　在2005年教指委工作會(huì)議上，提出了加快編寫進(jìn)度的要求?！　?006年，各篇主編陸續(xù)把文稿寄到各分冊主審處。2007年5月，所有參編人員在上海集中審稿，討論了該參考書編寫過程中出現(xiàn)的問題，就該書的定位、內(nèi)容、銜接等問題取得了共識(shí)，并與高等教育出版社就出版時(shí)間進(jìn)行了協(xié)商?！　≡?007年教指委第一次工作會(huì)議上，余躍慶委員代表編寫組就上海會(huì)議的若干意見向新一屆教指委作了匯報(bào)?！　?008年5月，各篇主編完成了編寫工作，由張春林教授和余躍慶教授最后統(tǒng)稿，各冊主審審閱后交付高等教育出版社。

內(nèi)容概要

　　《機(jī)械原理教學(xué)參考書（上）》共三冊，本冊為上冊，共分四篇，各篇內(nèi)容相互獨(dú)立。第一篇為平面機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析，主要內(nèi)容有運(yùn)動(dòng)鏈的拓?fù)鋱D及矩陣表示、運(yùn)動(dòng)學(xué)中的自由度和約束度、機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和分類、平面運(yùn)動(dòng)鏈的結(jié)構(gòu)類型綜合、含復(fù)鉸平面運(yùn)動(dòng)鏈的結(jié)構(gòu)類型綜合、機(jī)構(gòu)的桿組分解及型轉(zhuǎn)化；第二篇為平面連桿機(jī)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)，主要介紹鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)知識(shí)、連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析方法、實(shí)現(xiàn)剛體導(dǎo)引與預(yù)期函數(shù)的機(jī)構(gòu)綜合、軌跡發(fā)生機(jī)構(gòu)綜合；第三篇為空間機(jī)構(gòu)，主要介紹運(yùn)動(dòng)副與自由度分析、球面機(jī)構(gòu)、空間機(jī)構(gòu)的位移分析、空間機(jī)構(gòu)綜合和并聯(lián)機(jī)構(gòu)位置正解；第四篇為機(jī)器人機(jī)構(gòu)，主要介紹機(jī)器人的結(jié)構(gòu)和幾何模型，機(jī)器人的位姿分析，機(jī)器人的速度、加速度、微分矩陣和雅可比矩陣，機(jī)器人的力學(xué)分析基礎(chǔ)和機(jī)器人的誤差及精度分析?！稒C(jī)械原理教學(xué)參考書（上）》可作為高等學(xué)校機(jī)械原理課程的教學(xué)參考書，也可作為本科高年級(jí)學(xué)生和研究生的學(xué)習(xí)輔導(dǎo)材料，亦可供有關(guān)工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

第一篇 平面機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析第1章 運(yùn)動(dòng)鏈的拓?fù)鋱D及矩陣表示1.1 名詞術(shù)語1.2 歐拉定理1.3 拓?fù)鋱D的矩陣表示第2章 運(yùn)動(dòng)學(xué)中的自由度和約束度2.1 拉氏坐標(biāo)及廣義坐標(biāo)2.2 運(yùn)動(dòng)鏈的活動(dòng)度分析2.3 運(yùn)動(dòng)鏈自由度的類型及判定第3章 機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和分類3.1 機(jī)構(gòu)的組成原理3.2 桿組的結(jié)構(gòu)屬性3.3 機(jī)構(gòu)分類第4章 平面運(yùn)動(dòng)鏈的結(jié)構(gòu)類型綜合4.1 單自由度機(jī)構(gòu)的類型綜合4.2 平面桿組的結(jié)構(gòu)分析及其類型綜合4.3 巴氏桁架及其類型綜合第5章 含復(fù)鉸平面運(yùn)動(dòng)鏈的結(jié)構(gòu)類型綜合5.1 復(fù)鉸的組成及復(fù)鉸因子5.2 含復(fù)鉸單自由度機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)類型綜合5.3 含復(fù)鉸桿組的結(jié)構(gòu)類型綜合5.4 含復(fù)鉸巴氏桁架的結(jié)構(gòu)類型綜合第6章 機(jī)構(gòu)的桿組分解及型轉(zhuǎn)化6.1 機(jī)構(gòu)的桿組分解6.2 桿組的結(jié)構(gòu)型轉(zhuǎn)化6.3 桿組力計(jì)算的型轉(zhuǎn)化第二篇 平面連桿機(jī)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)第7章 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)知識(shí)7.1 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的尺寸型7.2 機(jī)構(gòu)的回路和分支7.3 八種類型四桿機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件轉(zhuǎn)角范圍確定7.4 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的連桿曲線方程及其性質(zhì)7.5 同源機(jī)構(gòu)7.6 平行運(yùn)動(dòng)第8章 連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析方法8.1 二級(jí)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析方法8.2 復(fù)雜平面連桿機(jī)構(gòu)的位置分析第9章 剛體導(dǎo)引機(jī)構(gòu)綜合9.1 概述9.2 平面剛體導(dǎo)引機(jī)構(gòu)綜合第10章 軌跡發(fā)生機(jī)構(gòu)綜合10.1 瞬心線10.2 歐拉一薩伐里方程10.3 曲率駐點(diǎn)曲線10.4 鉸鏈四桿直線機(jī)構(gòu)綜合參考文獻(xiàn)第三篇 空間機(jī)構(gòu)第11章 運(yùn)動(dòng)副與自由度分析11.1 空間機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)副11.2 空間機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算11.3 閉鏈與開鏈第12章 球面機(jī)構(gòu)12.1 運(yùn)動(dòng)副、構(gòu)件與自由度12.2 球面單環(huán)機(jī)構(gòu)的矩陣封閉方程12.3 位移分析、輸入輸出方程、三角化方程組12.4 球面4R機(jī)構(gòu)的輸入輸出方程12.5 復(fù)數(shù)法求輸入輸出方程12.6 其他被消去變量的求法12.7 酉交矩陣法求輸入輸出方程第13章 空間機(jī)構(gòu)的位移分析13.1 單環(huán)空間機(jī)構(gòu)的DH參數(shù)13.2 空間機(jī)構(gòu)的等效球面機(jī)構(gòu)13.3 兩組基本的位移封閉方程13.4 滑動(dòng)副的處理與其他變量的求解13.5 利用4×4DH矩陣推導(dǎo)位移封閉方程13.6 其他位移封閉方程13.7 輸入輸出方程的一種推導(dǎo)方法第14章 空間機(jī)構(gòu)綜合14.1 球面RR運(yùn)動(dòng)鏈的綜合14.2 空間sS運(yùn)動(dòng)鏈的綜合14.3 空間cc運(yùn)動(dòng)鏈的綜合第15章 并聯(lián)機(jī)構(gòu)位置正解15.1 從平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)到最一般的空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)15.2 特殊的空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)15.3 3-6并聯(lián)機(jī)構(gòu)位置正解參考文獻(xiàn)第四篇 機(jī)器人機(jī)構(gòu)第16章 機(jī)器人的結(jié)構(gòu)和幾何模型16.1 機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)組成和分類16.2 機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)16.3 機(jī)器人機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析16.4 并聯(lián)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)第17章 機(jī)器人的位姿分析17.1 概述17.2 空間坐標(biāo)變換和齊次坐標(biāo)17.3 齊次（日）變換17.4 變換方程的建立17.5 機(jī)器人的位姿方程和位移分析第18章 機(jī)器人的速度、加速度、微分矩陣和雅可比矩陣18.1 連桿的速度及加速度分析18.2 瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型18.3 機(jī)器人的微運(yùn)動(dòng)和微變換18.4 機(jī)器人的雅可比矩陣第19章 機(jī)器人的力學(xué)分析基礎(chǔ)19.1 概述19.2 機(jī)器人的靜力分析19.3 牛頓一歐拉方程19.4 拉格朗日動(dòng)力學(xué)方程第20章 機(jī)器人的誤差及精度分析20.1 機(jī)器人誤差原因及分類20.2 機(jī)器人的靜態(tài)誤差分析20.3 機(jī)器人的動(dòng)態(tài)誤差分析參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第14章 空間機(jī)構(gòu)綜合　　空間機(jī)構(gòu)綜合目前研究還不充分，由于建模方法、計(jì)算方法、計(jì)算手段和計(jì)算速度等原因，很多問題沒有徹底解決。限于作者水平，這里提供的只是很少的一部分研究成果?！　∨c平面機(jī)構(gòu)一樣，空間機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)綜合問題也應(yīng)該包括三個(gè)方面，即剛體導(dǎo)引、函數(shù)實(shí)現(xiàn)和軌跡實(shí)現(xiàn)三種問題。但是，實(shí)際上由于軌跡實(shí)現(xiàn)問題的復(fù)雜性，即使是平面機(jī)構(gòu)，到目前為止，仍然沒有很好解決。因此，球面機(jī)構(gòu)和空間機(jī)構(gòu)的軌跡實(shí)現(xiàn)問題的研究目前還談不上。同平面機(jī)構(gòu)一樣，只要適當(dāng)采用反轉(zhuǎn)法，剛體導(dǎo)引和函數(shù)實(shí)現(xiàn)兩種問題可以互相轉(zhuǎn)化。所以，這里僅討論空間機(jī)構(gòu)的剛體導(dǎo)引問題?！　C(jī)構(gòu)綜合問題一般要比分析復(fù)雜。像最復(fù)雜的空間7R等機(jī)構(gòu)，其位移分析最多也就是16次代數(shù)方程。而綜合問題的解的次數(shù)往往要高很多。因此有些學(xué)者采用同倫法，用大型計(jì)算機(jī)求解。目前可以求解到幾百次，甚至幾十萬次的方程組。這里采用消元法，雖然求解方程組的次數(shù)沒有那么高，但是可以導(dǎo)出三角化方程組，因此可以對機(jī)構(gòu)的性質(zhì)和各種特殊情況進(jìn)行分析，加深對機(jī)構(gòu)的了解?！　∑矫驺q鏈四桿機(jī)構(gòu)綜合中的剛體導(dǎo)引問題是：給出連桿的幾個(gè)位置與姿態(tài)，求解連接連桿與機(jī)架間的RR運(yùn)動(dòng)鏈。選取其中兩個(gè)RR運(yùn)動(dòng)鏈，就可以構(gòu)成一個(gè)平面四桿機(jī)構(gòu)。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)既可以看做是4個(gè)R副的串聯(lián)，也可以看做是兩個(gè)RR運(yùn)動(dòng)鏈的并聯(lián)。空間機(jī)構(gòu)的剛體導(dǎo)引問題與平面機(jī)構(gòu)類似，也是給出連桿或稱為平臺(tái)的幾個(gè)位置，求解連接平臺(tái)與機(jī)架間的運(yùn)動(dòng)鏈。但是這個(gè)運(yùn)動(dòng)鏈不局限于RR，也可能是cc或ss、sT等。平面四桿機(jī)構(gòu)綜合是選取兩個(gè)RR運(yùn)動(dòng)鏈，組成一個(gè)單環(huán)、單自由度的四桿機(jī)構(gòu)?？臻g機(jī)構(gòu)則不同，每個(gè)運(yùn)動(dòng)鏈對平臺(tái)自由度的約束數(shù)目不同，可以約束一個(gè)自由度，也可以約束兩個(gè)自由度，甚至更多。最后在構(gòu)成機(jī)構(gòu)時(shí)也不一定是選取兩個(gè)運(yùn)動(dòng)鏈，也可能是3個(gè)、4個(gè)或5個(gè)。最后構(gòu)成的機(jī)構(gòu)具有的自由度數(shù)目不一定為1，而要看運(yùn)動(dòng)鏈的種類和數(shù)量。

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