前言

“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（fivehundredmeter 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