索驱动及刚性并联机构的研究与应用：中国天眼40m缩尺模型馈源支撑系统研发

　　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。

　　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j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）。

目录
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

10.1.2AB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