空間柔性機械臂的動力學(xué)建模和分析.pdf

1、隨著航天技術(shù)和機器人技術(shù)的迅速發(fā)展,柔性機械臂由于其質(zhì)量輕、速度快、耗能低等優(yōu)點,在航空航天領(lǐng)域中獲得了廣泛的應(yīng)用。但是機械臂在運行過程中,關(guān)節(jié)柔性和柔性臂桿彈性變形的耦合,給機器人柔性臂的振動控制帶來了困難。建立準(zhǔn)確、實用的動力學(xué)模型對于柔性機械臂的軌跡跟蹤和主動振動控制的研究具有重要意義。為此,本文針對全柔性機器人的動力學(xué)問題展開了研究,主要內(nèi)容如下:
　　1、簡要的介紹了多柔體系統(tǒng)的運動學(xué)和動力學(xué)模型的建模方法。分別以假設(shè)模

2、態(tài)法與Lagrange方程相結(jié)合和全局模態(tài)法與Hamilton原理相結(jié)合建立柔性機械臂動力學(xué)方程。
　　2、以典型柔性關(guān)節(jié)/柔性臂桿系統(tǒng)為研究對象,分析整個柔性機械單臂系統(tǒng)的復(fù)雜邊界條件,建立柔性機械單臂系統(tǒng)的動力學(xué)模型,提出了柔性機械單臂全局模態(tài)的概念。首先,基于Hamilton原理導(dǎo)出單臂機器人的柔性臂桿和柔性關(guān)節(jié)的耦合運動微分方程。利用系統(tǒng)的邊界條件和連接部件的匹配條件,導(dǎo)出了求解系統(tǒng)固有特性的特征方程,據(jù)此可以用數(shù)值方法求

3、出系統(tǒng)的固有頻率和全局模態(tài)。在求解全局模態(tài)的基礎(chǔ)上,進一步證明了全局模態(tài)的正交性,采用Galerkin截斷對系統(tǒng)進行離散,得到用常微分方程描述的柔性機械臂的動力學(xué)方程。將所得結(jié)果與采用假設(shè)模態(tài)法給出的頻率和模態(tài)進行對比,據(jù)此說明這里提出的全局模態(tài)概念準(zhǔn)確地反映了系統(tǒng)的固有特性,其求解方法借用了傳統(tǒng)的模態(tài)求解方法的思路,但其適用范圍更廣。最后對所建立的柔性單臂模型進行了響應(yīng)時程仿真,分析關(guān)節(jié)的變形和臂桿末端的彈性振動位移。
　　3、

4、采用全局模態(tài)法與Hamilton原理相結(jié)合的方法對具有柔性關(guān)節(jié)的雙連桿柔性機械臂進行動力學(xué)建模。首先,分析整個柔性機械臂系統(tǒng)的復(fù)雜邊界條件,基于Hamilton原理導(dǎo)出雙臂機器人的柔性臂桿和柔性關(guān)節(jié)的耦合運動微分方程。利用系統(tǒng)的邊界條件和連接部件的匹配條件,導(dǎo)出含有參數(shù)(肩部關(guān)節(jié)的角度變化)的系統(tǒng)特征方程,同時也可以容易地求出系統(tǒng)的固有頻率和表征機械臂運動的剛體運動、柔性關(guān)節(jié)振動以及柔性臂桿彈性振動在內(nèi)的全局模態(tài)。通過求解系統(tǒng)的特征方程