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第1章 绪论1

1.1 目的和意义1

1.2 机械系统多体动力学研究现状2

1.3 机械系统多体动力学的主要研究内容4

1.4 本书主要内容5

参考文献6

第2章 多刚体系统的运动学分析8

2.1 多刚体系统的运动描述方法8

2.1.1 机构空间坐标的齐次变换8

2.1.2 机构参数的D-H定义方法及机构杆系的坐标变换10

2.2 机械臂的正运动学12

2.3 机械臂运动分析的逆问题14

2.3.1 机械臂逆运动分析的解析方法14

2.3.2 机械臂逆运动分析的数值方法16

2.4 模块化三自由度串联机器人的运动学分析17

2.4.1 模块化三自由度串联机器人的D-H参数定义18

2.4.2 三自由度模块化机器人正运动学分析19

2.4.3 模块化机器人的运动学逆问题分析21

2.5 多体系统的速度与微运动分析25

2.5.1 机器人的雅可比矩阵25

2.5.2 雅可比矩阵在静力学中的应用27

参考文献28

第3章 多刚体系统的动力学分析30

3.1 刚体运动的速度描述方法30

3.2 机械臂的速度与各关节速度的关系31

3.2.1 雅可比矩阵的描述31

3.2.2 雅可比矩阵的求解32

3.3 机械臂的速度和加速度分析35

3.3.1 速度分析35

3.3.2 加速度分析37

3.3.3 机械臂的路径描述与运动轨迹规划39

3.4 机械结构的动力学方程：牛顿-欧拉动力学方程42

3.5 多刚体系统的动力学方程：拉格朗日动力学方程45

参考文献46

第4章 机械臂运动学和动力学分析实例48

4.1 平面三自由度机械臂动力学分析48

4.1.1 三自由度模块化机器人正向运动学分析48

4.1.2 三自由度模块化机器人逆向运动学分析51

4.1.3 机械臂机构系统的静力学分析53

4.1.4 模块化三自由度机械臂的动力学分析54

4.1.5 机器人动力学模型的物理特征63

4.2 点焊机器人动力学分析64

4.2.1 点焊机器人机构运动学分析64

4.2.2 确定杆系的惯性参数68

4.2.3 机器人动力学方程的建立及其求解71

4.2.4 动力学计算71

参考文献74

第5章 多刚体系统的控制方法75

5.1 PID控制的基本思想75

5.2 机械手的位置控制82

5.2.1 利用逆运动学和关节力矩的控制方法82

5.2.2 基于静力学关系式的控制方法83

5.3 机械手的动态控制84

5.4 基于反馈控制策略的主从机械臂同步控制85

5.4.1 主从机械臂同步控制的动力学方程85

5.4.2 主从式平面三自由度机械臂的动力学方程87

5.4.3 机械臂同步控制的仿真分析89

参考文献96

第6章 多刚体系统复杂运动的控制方法97

6.1 二连杆机构控制系统模型的建立97

6.1.1 OPCL控制器模型和稳定性分析97

6.1.2 二连杆机构的动力学模型98

6.2 二连杆机构不同运动形式的仿真100

6.2.1 仿真条件及仿真步骤100

6.2.2 单周期运动101

6.2.3 多周期运动102

6.2.4 拟周期运动102

6.2.5 混沌运动105

6.3 非线性参数估计107

参考文献108

第7章 摩擦对多刚体系统复杂运动控制的影响109

7.1 考虑摩擦和OPCL控制的多刚体系统建模109

7.2 Stribeck摩擦模型111

7.3 运动对黏性摩擦系数的分岔112

7.4 不同运动模式的定性定量比较113

7.4.1 单周期运动114

7.4.2 多周期运动115

7.4.3 拟周期运动117

7.4.4 混沌运动119

7.5 考虑静摩擦力和库仑摩擦力对OPCL的影响121

7.5.1 拟周期运动122

7.5.2 混沌运动123

参考文献126

第8章 多刚体系统的ADAMS分析与仿真127

8.1 多刚体系统动力学的微分代数方程分析127

8.1.1 运动学方程的建立127

8.1.2 动力学方程的建立128

8.1.3 正向、逆向动力学分析及静平衡分析130

8.2 三自由度机械臂的动力学仿真与分析131

8.2.1 三自由度机械臂动力学仿真分析研究内容和方法132

8.2.2 基于ADAMS的三自由度机械臂建模133

8.2.3 三自由度机械臂动力学仿真136

8.3 复杂机械系统的刚体运动学和动力学仿真分析实例138

8.3.1 导入锻造操作机模型并建立刚性构件140

8.3.2 添加约束142

8.3.3 施加载荷145

8.3.4 计算求解与结果后处理145

参考文献151

第9章 多柔体系统动力学分析与仿真152

9.1 多柔体系统动力学基础152

9.1.1 坐标系和基本参量152

9.1.2 多柔体系统的载荷处理方法153

9.1.3 多柔体系统的动能和势能155

9.2 多柔体系统的动力学方程156

9.2.1 弹性变形的广义坐标离散化157

9.2.2 柔性体的动能158

9.2.3 柔性体弹性变形引起的广义力159

9.2.4 广义主动力160

9.2.5 自由柔性体的动力学控制方程162

9.2.6 多柔体系统平面运动的动力学控制方程167

9.2.7 多柔体系统空间运动的动力学控制方程169

9.3 柔性机械臂系统的刚柔耦合实例170

9.3.1 刚柔耦合动力学原理170

9.3.2 刚柔耦合动力学仿真方法171

9.3.3 刚柔耦合动力学仿真步骤172

9.3.4 仿真结果176

参考文献177

附录 机构的惯性参数计算179