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201.6
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| 編輯推薦： |
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FAST项目是我国在科学仪器上的一大突破，虽然大众可以远观其外貌，然而其背后蕴含的大量理论和研究却知之甚少。并联机构和索并联机构与常见的串联机构在构型和性能上存在巨大差异，是串联机构的有益补充，具有突出的研究和应用价值。同时，FAST中的理论研究和工程实际密切结合，是经过验证的理论，具有重要的工程价值和社会意义。该书通过阐述工程背后的理论，一方面可以推进科技爱好者对于FAST这一伟大工程的认识，切合目前国家对于FAST宣贯的要求，同时可以有效推进索并联机构和并联机构的理论研究和工程应用。
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| 內容簡介： |
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本书围绕FAST工程的理论研究和缩尺模型实验，阐述索并联机构和刚性并联机构运动学和动力学建模、轨迹规划、抑振控制和刚柔耦合分析等方面的研究成果。将理论和工程密切结合，在讲解前沿理论的同时，阐释FAST工程的难点和突破。具体内容包括：FAST工程介绍、刚性及索驱动并联机构的研究现状、FAST馈源支撑系统的工作原理及特点、大跨度索并联机构的建模方法、静力学特性、静刚度分析方法、基于索力的姿态优化和轨迹规划、刚性并联机构的动力学建模及标定、运动学及动力学综合优化设计、刚柔耦合系统仿真方法、抑振控制理论等。
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| 關於作者： |
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唐晓强，清华大学机械工程系，长聘教授。主要从事索驱动机器人基础理论和控制技术方面的研究工作，是中国500米口径球面射电天文望远镜（FAST）馈源支撑系统的总工程师。主持20多项国家级项目或课题，参编英文专著4部，发表论文100余篇，其中SCI收录论文47篇（JCR 1区论文20余篇）。获授权中国发明专利48项、美国发明专利2项；获得教育部自然科学二等奖2项（排名第1和第3）。
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| 目錄：
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第1章概述
1.1FAST的由来
1.2FAST的主体结构与工作原理
1.3并联机构
1.4索驱动并联机构
1.5小结
参考文献
第2章大跨度索并联机构的综合建模方法
2.1大跨度索并联机构研究概况
2.2单索模型及大跨度索并联机构建模
2.2.1单索精确悬链线建模方程
2.2.2单索抛物线建模方程
2.2.3单索直线建模方程
2.2.4大跨度索并联机构的建模求解方法
2.3模型简化及误差分析与补偿
2.3.1单索建模误差分析
2.3.2大跨度索并联机构建模误差分析与补偿
2.4FAST馈源一级支撑系统建模实例
2.4.1FAST相似模型中的6索并联机构
2.4.2FAST原型中的6索并联机构
2.5小结
参考文献
第3章大跨度索并联机构的静力学特性分析
3.1大跨度索并联机构的索拉力特性指标
3.1.1大跨度索并联机构的局部索拉力性能指标
3.1.2大跨度索并联机构的工作空间内全局索拉力性能指标
3.2终端误差与力特性分析
3.2.1大跨度索并联机构的误差分析
3.2.2误差空间内的力学特性研究
3.3FAST馈源一级支撑系统相似模型的力特性分析
3.3.1两条特定轨迹下的力特性及姿态研究
3.3.2两条特定轨迹下的误差研究
3.3.3两条特定轨迹下的误差空间内力特性研究
3.4小结
参考文献
第4章大跨度索并联机构的静刚度分析
4.1大跨度索并联机构的简化静刚度分析
4.2基于相似理论的静刚度相似方法
4.2.1相似基本方法描述
4.2.2大跨度索并联机构的静刚度相似模型建立方法
4.3FAST馈源参选4索方案刚度相似模型实验
4.3.1大跨度索并联机构静刚度相似模型
4.3.2大跨度索并联机构静刚度相似实验
4.4小结
参考文献
第5章索并联机构的尺度综合优化设计
5.1性能指标体系及优化方法
5.2基于力特性的大跨度索并联机构尺度综合设计
5.3基于刚度特性的大跨度索并联机构尺度综合设计
5.4FAST馈源一级支撑6索并联机构的优化分析
5.4.1基于力学特性的尺度优化
5.4.2基于静刚度特性的尺度优化
5.4.3基于最大边界跟踪角度的尺度优化
5.4.4参数综合优化
5.5小结
参考文献
第6章精调平台并联机构的刚体动力学建模及验证
6.1并联机构的动力学建模方法
6.2FAST馈源精调平台运动学分析
6.3FAST馈源精调平台动力学建模
6.4动力学验证方法及实验
6.5小结
参考文献
第7章刚柔串联耦合系统动力学建模方法
7.1柔性支撑机器人及动力学建模
7.2索并联机构的弹性动力学模型
7.3FAST风载模型
7.4刚柔耦合特性分析及模型联立
7.5小结
参考文献
第8章柔性支撑并联机器人的抑振控制
8.1柔性支撑机器人的抑振控制方法
8.2馈源支撑系统的轨迹规划
8.3轨迹补偿抑振控制
8.3.1轨迹补偿抑振方法
8.3.2馈源支撑系统1∶15缩尺模型抑振实验
8.4内力抑振控制
8.4.1内力抑振方法
8.4.2抑振控制仿真实验
8.5小结
参考文献
第9章并联机构的惯量匹配
9.1惯量匹配及并联机构的关节空间惯量矩阵
9.2Stewart并联机构关节空间惯量矩阵
9.2.1姿态分析
9.2.2速度分析及支链雅克比矩阵
9.2.3加速度分析
9.2.4力系分析
9.2.5关节空间惯量矩阵
9.3并联机构的等效惯量
9.4并联机构的惯量匹配准则
9.5小结
参考文献
第10章FAST馈源支撑系统缩尺模型实践
10.1缩尺模型的机械结构
10.1.1精调Stewart平台
10.1.2AB转台
10.1.3绳索和电缆收放机构
10.1.4索塔结构
10.1.5机械系统的标定
10.2缩尺模型的驱动控制系统
10.3大跨度索并联机构的控制实验
10.3.1索并联机构的开环控制实验
10.3.2索并联机构的闭环控制实验
10.4天文观测实验
10.5小结
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| 內容試閱：
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十三五国家科技创新规划的一个重要内容是增强原始创新，持续加强基础研究，布局建设重大科技创新基地，力争在更多领域引领世界科学前沿发展方向。基础研究离不开科学工程和装备的支撑，大科学工程被称为国之利器，是科技强国的标志性工程。500m口径球面射电望远镜（fivehundredmeter aperture spherical radio telescope，FAST）是我国大科学工程的代表性项目，在2020年1月份顺利通过国家验收。为了保证世界一流的探测能力和灵敏度，FAST要同时实现500m的超大尺度反射面和毫米级信号接收精度，其工程研究和建设过程面临了许多富有挑战性的理论和技术难题。
本书作者团队在唐晓强教授的带领下，全面参与了中科院国家天文台牵头的最后一轮FAST完整缩尺模型的建设和研究。重点围绕由大跨度索驱动和刚性并联机构组成的馈源支撑系统，展开了优化设计、建模仿真和精度保证方面的工作，为FAST原型机的高灵敏度奠定了坚实的基础。馈源支撑系统是FAST三大创新之一，直接决定其精度和性能。
并联机构是针对串联机构缺点而提出的一种新型机构，具有刚度高、动态特性好和载荷自重比大的核心优势，应用前景广阔。其中，并联主轴头和高速分拣机器人已经获得成功商业应用。索驱动并联机器人是绳索驱动和并联构型有机融合而成的一类高性能机器人，继承了并联机构的高动态特性和高承载能力，同时获得了工作空间、轻量化和效能的大幅提升。索并联机器人体现了机器人装备刚柔融合的前沿趋势，反映出先进的轻量化设计理念，已将传统工业机器人的工作空间和负载扩展了两个数量级以上，同时具备超高动态特性。索驱动及刚性并联机构已经成为高端装备和机器人领域的研究热点和前沿方向。
本书系统地讲述了FAST馈源支撑系统研发所面临的主要问题、解决思路及方案，详细介绍了索驱动及刚性并联机构的优化设计理论、动力学建模方法和抑振控制技术等方面的研究。其中，第1章介绍FAST项目及并联机构； 第2~4章研究大跨度索并联机构的建模、静力学特性和刚度分析； 第5章完成大跨度索并联机构的综合优化设计方法研究； 第6章和第7章建立索驱动及刚性并联机构的动力学模型，并提出一种刚柔串联耦合系统的高效动力学建模方法； 第8章主要进行刚柔串联耦合系统抑振控制研究； 第9章面向工程应用，提出一种并联机构的惯量匹配指标和方法，服务于机器人驱动匹配和电机选型； 第10章在前述研究的指导下，完成整个FAST缩尺模型馈源支撑系统的研制任务。第2~5章和第10章由唐晓强和姚蕊著，其余章节由唐晓强和邵珠峰著。
本书是围绕FAST项目的第一部著作，同时详细地介绍了索驱动和刚性并联机构的研究，可作为机械工程相关领域科技工作者的参考书，希望本书能够为高端装备的理论研究和样机开发提供灵感和思路； 本书可作为机械工程专业研究生和本科生的辅助教材或参考书，也适合广大科技爱好者阅读，了解我国FAST大科学工程和索驱动及刚性并联机构的研究进展。
由于作者水平所限，书中存在错误和不足在所难免，敬请读者批评指正。希望读者与我们共同推动索驱动及刚性并联机构的理论研究和工程应用，促进高端装备的原始创新，服务于我国制造业的转型升级。
2020年3月于清华园
唐晓强
邵珠峰
姚蕊
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