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第1章 数学基础 1

1.1 共原点的坐标变换和刚体的定点转动 1

1.1.1 坐标变换矩阵的推导 1

1.1.2 方向余弦矩阵的性质 2

1.1.3 方向余弦矩阵的表示 3

1.1.4 刚体的定点转动 7

1.1.5 方向余弦矩阵的应用 8

1.2 方向余弦矩阵的导数和刚体的瞬时转动 9

1.2.1 方向余弦矩阵的一次导数和角速度矩阵 9

1.2.2 方向余弦矩阵的二次导数和角加速度矩阵 11

1.2.3 刚体转动中点的速度和加速度 13

1.3 不共原点的坐标变换和刚体的一般运动 13

1.3.1 不共原点的坐标变换 13

1.3.2 刚体的位移矩阵和螺旋位移参数 14

1.3.3 Denavit-Hartenberg坐标变换 15

1.4 刚体一般运动中点的速度和加速度 17

1.5 旋量与刚体运动 18

1.5.1 旋量、线矢量与偶量 18

1.5.2 运动旋量与力旋量 18

1.5.3 旋量的互易积与约束旋量 20

1.5.4 旋量系及其分类 22

1.5.5 运动旋量系与约束旋量系 23

参考文献 24

习题 24

第2章 机构结构理论 26

2.1 基本概念 26

2.2 空间机构的自由度计算 27

2.3 基于旋量理论的机构自由度分析 33

2.4 平面机构的分类方法 39

2.5 平面机构的数综合 41

参考文献 47

习题 48

第3章 铰链四杆机构 50

3.1 铰链四杆机构的尺寸型 50

3.1.1 铰链四杆机构的空间模型 50

3.1.2 机构的回路和分支 54

3.1.3 各种类型四杆机构的运动生成 55

3.2 铰链四杆机构的连杆曲线 57

3.2.1 概述 57

3.2.2 铰链四杆机构的连杆曲线方程及其性质 58

3.3 同源机构 62

3.3.1 Sylvester仿图仪 62

3.3.2 Roberts-Chebyschev定理 63

3.3.3 同源机构的应用及求法 63

3.4 平行运动 67

3.5 四杆机构的齿轮五杆同源机构 69

参考文献 70

习题 70

第4章 三位置运动生成平面四杆机构综合 72

4.1 刚体平面运动矩阵及铰链点公式的推导 73

4.2 给定连架杆长度的三位置运动生成机构综合 74

4.3 给定连架杆夹角的三位置运动生成机构综合 76

4.4 给定连杆在第1位形瞬心点的三位置运动生成机构综合 78

4.5 计算示例 80

参考文献 84

习题 84

第5章 四、五位置运动与函数生成平面四杆机构综合 86

5.1 四位置问题圆点与圆心曲线的生成 87

5.1.1 有限分离四位置问题布氏曲线方程式的推导 87

5.1.2 混合四位置问题各情况布氏曲线方程式系数表达式的推导 89

5.2 机构解域的形成 93

5.2.1 布氏曲线的有序表示 93

5.2.2 角度映射关系的建立 96

5.3 五位置问题布氏点求解公式的推导 98

5.4 运动生成机构综合计算示例 101

5.5 函数生成机构综合向运动生成机构综合的转换 112

5.6 函数生成机构综合计算示例 116

参考文献 128

习题 129

第6章 四、五位置运动与函数生成球面4R机构综合 133

6.1 四位置问题球面布氏曲线方程式的推导 134

6.2 布氏曲线的生成 137

6.3 五位置问题球面布氏点表达式的推导 139

6.4 运动生成机构综合计算示例 141

6.5 函数生成机构综合向运动生成机构综合的转换 147

6.6 函数生成机构综合计算示例 150

参考文献 155

习题 156

第7章 平面连杆机构的运动分析 157

7.1 二级机构的运动分析 157

7.1.1 三转动副（RRR）二级组 157

7.1.2 内副为移动副的（RPR）二级组 159

7.1.3 外副之一为移动副的（RRP）二级组 161

7.2 复杂平面连杆机构的位置分析 162

7.2.1 位置方程的建立与求解 162

7.2.2 用型转化法数值迭代求解 164

参考文献 165

习题 165

第8章 空间单链连杆机构的运动分析 168

8.1 RCCC机构运动分析 168

8.1.1 位置分析 168

8.1.2 速度分析 171

8.1.3 加速度分析 171

8.1.4 构件上任意点的运动分析 173

8.2 串联机器人机构的位置分析 177

8.2.1 机械手的位姿描述 177

8.2.2 连杆变换矩阵 178

8.2.3 3R机器人机构正向位置求解 180

8.2.4 空间3R机器人正、反向位置求解 181

8.2.5 PUMA 560机器人机构位置正反解分析 182

8.3 串联机器人的雅可比矩阵 186

8.3.1 雅可比矩阵的定义 186

8.3.2 雅可比矩阵的求法 187

参考文献 189

习题 189

第9章 平面无限接近运动几何学基础 191

9.1 基本概念 191

9.2 欧拉-萨弗里（Euler-Savary）方程 193

9.3 曲率驻点曲线 195

参考文献 199

习题 199

第10章 直线轨迹生成平面四杆机构综合 200

10.1 用无限接近理论综合四杆直线机构 200

10.1.1 基本理论 200

10.1.2 一般情况下的四点接触直线机构综合 201

10.1.3 特殊情况——鲍尔点位于连架杆所在直线上 206

10.1.4 特殊情况——瞬心和一个固定铰链点重合 208

10.2 混合四位置直线轨迹生成平面四杆机构综合 212

参考文献 220

习题 221

第11章 并联机构 222

11.1 概述 222

11.2 并联机构的分类 226

11.3 自由度计算与构型综合 227

11.3.1 自由度计算 227

11.3.2 构型综合简介 229

11.4 运动分析 232

11.4.1 位置分析 232

11.4.2 速度分析 235

11.5 基于雅可比矩阵的性能分析与评价 236

11.5.1 奇异位形 237

11.5.2 灵巧度与各向同性 238

11.5.3 刚度性能 240

参考文献 241

习题 241

第12章 柔性机构 243

12.1 概述 243

12.2 基本术语及主要性能指标 245

12.3 材料选择 247

12.4 基本柔性单元及其模型 249

12.4.1 基本柔性单元的类型 249

12.4.2 等效约束模型 250

12.4.3 基本柔性单元的伪刚体模型 251

12.5 柔性铰链的分类枚举 255

12.6 平面柔性机构的运动学分析 257

12.7 柔性机构的运动综合 259

12.8 柔性机构的加工方法概述 260

参考文献 261

习题 261

第13章 机构的动力分析 264

13.1 刚体动力学基础 264

13.1.1 刚体的线动量、角动量和质量参数 264

13.1.2 惯量矩阵的变换及惯量椭球 266

13.2 平面连杆机构的动力分析 270

13.2.1 分离体分析方法 270

13.2.2 连杆机构力分析的虚功方法 273

13.3 空间RCCC机构及4R机构的动力分析 273

13.3.1 空间RCCC机构的动力分析 273

13.3.2 万向联轴器机构 287

参考文献 291

习题 291

第14章 机构的平衡 292

14.1 平面连杆机构的震动力完全平衡 292

14.1.1 加配重完全平衡平面连杆机构的震动力 292

14.1.2 用附加杆组法完全平衡平面机构的震动力 295

14.2 平面连杆机构震动力和震动力矩的完全平衡 297

14.2.1 平面连杆机构的震动力矩公式 297

14.2.2 平面四杆机构的震动力矩公式及其平衡条件 298

14.2.3 平面连杆机构震动力矩完全平衡的其他方法 299

14.3 平面连杆机构震动力平衡后震动力矩的平衡——采用变速转子平衡方法 301

14.4 空间机构震动力和震动力矩的平衡 303

14.5 机构能量和输入转矩的平衡 305

参考文献 308

习题 309