随着本科生培养计划的不断迭代，面向高年级本科生的本硕衔接课程逐步加入更多普通高等学校的本科教学培养大纲中。本书针对普通高等学校机械工程专业本硕衔接课程教学需求，以加工类并联机器人的设计为主线，系统地介绍了并联机器人机构设计相关理论与方法。本书论述了并联机器人的基本定义和组成，介绍了与并联机器人机构设计相关的矩阵、旋量及统计模拟等基础数学知识，还分别介绍了基于代数运算和旋量理论的空间并联机器人运动及力学分析方法，对工作空间、奇异位形、模型简化、刚度性能、振动性能、设计缺陷辨识等设计目的对应的分析方法进行了阐述，并在此基础上介绍了粒子群算法、性能图谱等前沿优化方法与虚拟仿真技术的应用。此外，本书每章还配有大量的例题和思考题，方便学生更好地掌握所介绍的知识。

范帅，副教授，任教于成都理工大学机电工程学院，主要讲授理论力学、机器人学、机器人启蒙训练、机电系统动力学建模与仿真、多体系统动力学等本科生/研究生课程。长期从事机器人机构学及数字化设计方向研究，研究成果成功应用于并联机器人、外骨骼机器人、双足机器人、康复机器人等领域。兼任四川省人工智能协会智能建筑机器人专业委员会秘书、IEEE会员，担任多个国际期刊论文评审员和IEEE机器人相关国际顶级会议ICRA/IROS的审稿人。在国际期刊和会议上发表论文30余篇，其中SCI期刊论文12篇。

第1章 绪论1
1.1 概述1
1.2 发展历史与研究现状2
1.3 自由度分析4
1.4 并联机器人机构的定义和组成5
1.5 并联机器人构型综合7
1.6 综合实例7
思考与练习11
第2章 矩阵、旋量及统计模拟数学基础12
2.1 矩阵理论12
2.1.1 矩阵12
2.1.2 矩阵的秩、特征值、特征向量、迹14
2.1.3 矩阵的逆、广义逆16
2.2 旋量理论19
2.2.1 旋量的定义19
2.2.2 运动与力的旋量描述21
2.2.3 公共反旋量23
2.2.4 运动旋量与力旋量的求解23
2.2.5 公共约束与过约束机构25
2.3 统计模拟25
2.3.1 伪随机数25
2.3.2 蒙特卡洛方法28
2.4 综合实例29
思考与练习32
第3章 运动学分析34
3.1 位姿描述34
3.2 坐标变换35
3.2.1 坐标系平移（姿态相同）35
3.2.2 坐标系旋转（原点相同）36
3.2.3 坐标系变换综合（平移+旋转）40
3.2.4 机器人姿态的其他表示方法40
3.3 矢量分析法43
3.4 旋量分析法51
3.4.1 杆件速度分析53
3.4.2 加速度分析54
3.4.3 速度雅可比矩阵55
3.5 综合实例55
思考与练习60
第4章 力学分析62
4.1 静力学分析62
4.2 动力学基本方程63
4.2.1 拉格朗日方程66
4.2.2 凯恩方程67
4.3 旋量法动力学分析69
4.3.1 虚拟运动旋量70
4.3.2 动力学方程72
4.4 综合实例73
思考与练习75
第5章 工作空间和奇异位形77
5.1 工作空间77
5.2 万向铰工作空间分析78
5.3 复合球铰工作空间分析82
5.4 数值搜寻法83
5.5 奇异位形83
5.6 综合实例83
思考与练习93
第6章 设计任务类型94
6.1 任务区分图94
6.2 外部负载95
6.3 动平台速度95
6.4 功率约束96
6.5 综合实例97
思考与练习99

第7章 刚度性能分析100
7.1 全局静刚度模型100
7.2 驱动刚度102
7.3 铰链间隙103
7.3.1 旋转副间隙模型104
7.3.2 万向铰间隙模型105
7.3.3 球铰间隙模型106
7.3.4 移动副间隙模型107
7.4 铰链接触变形108
7.4.1 旋转副接触变形模型108
7.4.2 万向铰接触变形模型110
7.4.3 球铰接触变形模型111
7.4.4 移动副接触变形模型112
7.5 杆件变形112
7.5.1 基于虚功原理的求解方法113
7.5.2 基于卡式第二定理的求解方法114
7.6 刚度性能评价指数115
7.6.1 绝对坐标系中6个方向上的静刚度指数115
7.6.2 相对坐标系中6个方向上的静刚度指数117
7.7 综合实例119
思考与练习123
第8章 振动性能分析124
8.1 振动分析124
8.2 动力学模型124
8.2.1 偏速度125
8.2.2 加速度分析126
8.2.3 并联机器人动力学模型128
8.3 振动微分方程129
8.3.1 理想少自由度标准振动模型129
8.3.2 全局标准振动模型130
8.4 振动响应分析132
8.4.1 固有频率和模态矩阵132
8.4.2 自由振动系统的响应分析133
8.4.3 简谐激励下强迫振动系统的响应分析134
8.5 动刚度响应性能指标136
8.6 综合实例138
思考与练习145
第9章 设计缺陷辨识146
9.1 设计缺陷辨识的定义146
9.2 设计缺陷辨识模型147
9.3 设计缺陷辨识方法149
9.4 设计缺陷辨识结果151
9.5 综合实例151
思考与练习153
第10章 性能优化方法154
10.1 优化途径154
10.2 部件综合155
10.2.1 缺陷特征模型的建立156
10.2.2 参数灵敏度分析157
10.2.3 特征目标求解159
10.2.4 修复成效验证160
10.3 尺度综合160
10.3.1 无约束参数设计图谱空间161
10.3.2 约束参数设计图谱空间163
10.3.3 特征参数求解165
10.4 构型综合165
10.4.1 一类支链刚度性能研究166
10.4.2 构型综合中的刚度性能判别准则169
10.5 综合实例169
思考与练习176
第11章 虚拟样机技术177
11.1 基于Creo的三维建模177
11.1.1 软件介绍177
11.1.2 干涉检查原理介绍178
11.1.3 Creo干涉检查功能模块组成179
11.2 动力学分析软件ADAMS180
11.2.1 软件介绍180
11.2.2 ADAMS与并联机构180
11.3 数值仿真计算软件MATLAB182
11.3.1 软件简介182
11.3.2 MATLAB与并联机器人182
11.4 有限元分析软件ANSYS184
11.4.1 软件介绍184
11.4.2 并联机构模态案例分析185
思考与练习187
参考文献188