空間柔性機(jī)械臂的動(dòng)力學(xué)建模和分析.pdf

1、隨著航天技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)的迅速發(fā)展,柔性機(jī)械臂由于其質(zhì)量輕、速度快、耗能低等優(yōu)點(diǎn),在航空航天領(lǐng)域中獲得了廣泛的應(yīng)用。但是機(jī)械臂在運(yùn)行過程中,關(guān)節(jié)柔性和柔性臂桿彈性變形的耦合,給機(jī)器人柔性臂的振動(dòng)控制帶來了困難。建立準(zhǔn)確、實(shí)用的動(dòng)力學(xué)模型對(duì)于柔性機(jī)械臂的軌跡跟蹤和主動(dòng)振動(dòng)控制的研究具有重要意義。為此,本文針對(duì)全柔性機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)問題展開了研究,主要內(nèi)容如下:
　　1、簡(jiǎn)要的介紹了多柔體系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)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(jī)械臂動(dòng)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(duì)象,分析整個(gè)柔性機(jī)械單臂系統(tǒng)的復(fù)雜邊界條件,建立柔性機(jī)械單臂系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型,提出了柔性機(jī)械單臂全局模態(tài)的概念。首先,基于Hamilton原理導(dǎo)出單臂機(jī)器人的柔性臂桿和柔性關(guān)節(jié)的耦合運(yùn)動(dòng)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(jìn)一步證明了全局模態(tài)的正交性,采用Galerkin截?cái)鄬?duì)系統(tǒng)進(jìn)行離散,得到用常微分方程描述的柔性機(jī)械臂的動(dòng)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(jìn)行對(duì)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(duì)所建立的柔性單臂模型進(jìn)行了響應(yīng)時(shí)程仿真,分析關(guān)節(jié)的變形和臂桿末端的彈性振動(dòng)位移。
　　3、

4、采用全局模態(tài)法與Hamilton原理相結(jié)合的方法對(duì)具有柔性關(guān)節(jié)的雙連桿柔性機(jī)械臂進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模。首先,分析整個(gè)柔性機(jī)械臂系統(tǒng)的復(fù)雜邊界條件,基于Hamilton原理導(dǎo)出雙臂機(jī)器人的柔性臂桿和柔性關(guān)節(jié)的耦合運(yùn)動(dòng)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(shí)也可以容易地求出系統(tǒng)的固有頻率和表征機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)的剛體運(yùn)動(dòng)、柔性關(guān)節(jié)振動(dòng)以及柔性臂桿彈性振動(dòng)在內(nèi)的全局模態(tài)。通過求解系統(tǒng)的特征方程