復(fù)雜構(gòu)形柔性機械臂多維振動特性分析.pdf

1、機械臂是很多機械裝置機械系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，在工程實際中應(yīng)用廣泛。機械性能正朝著高效、低耗、質(zhì)輕、靈便的方向發(fā)展，含柔性機械臂的機械系統(tǒng)因具備上述優(yōu)點而得到了國內(nèi)外研究學(xué)者的廣泛關(guān)注。但相比于傳統(tǒng)的剛性機械臂，柔性輕質(zhì)機械臂由于剛度小、質(zhì)量輕，在運動過程中極易產(chǎn)生變形與振動，進(jìn)而影響機械性能。為解決上述矛盾問題，越來越多的研究者開始關(guān)注柔性機械臂的研究，并將其作為其他機械裝置動力學(xué)研究的輔助部分。
　　柔性機械臂系統(tǒng)的柔性來源于連桿柔

2、性和關(guān)節(jié)柔性。本文以復(fù)雜構(gòu)形柔性機械臂為研究對象，建立動力學(xué)模型時同時研究連桿柔性和關(guān)節(jié)柔性。在分析連桿柔性時，考慮連桿的橫向、縱向和扭轉(zhuǎn)多維振動，即不忽略任何一種振動變形對機械臂系統(tǒng)的影響;分析關(guān)節(jié)柔性時，將關(guān)節(jié)假設(shè)為6自由度的自由關(guān)節(jié)，以多維線性彈簧來模擬其動力學(xué)特性。
　　本文首先建立了復(fù)雜構(gòu)形柔性機械臂的動力學(xué)模型。結(jié)合子系統(tǒng)綜合法中的傳遞矩陣法和機械導(dǎo)納法的建模思想，分別建立了柔性機械臂和柔性關(guān)節(jié)的動力學(xué)模型。對每個子系

3、統(tǒng)模型進(jìn)行振動分析，求出各自振動特性，再根據(jù)各個子系統(tǒng)連接界面的變形協(xié)調(diào)關(guān)系，建立系統(tǒng)遞推方程，并求解此方程，從而得到整個柔性機械臂系統(tǒng)的振動特性。
　　然后，在多連桿柔性機械臂動力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，通過求解遞推方程得到了系統(tǒng)頻域響應(yīng)的解析表達(dá)式。進(jìn)一步通過傅里葉逆變換，得到兩種典型信號的時域響應(yīng)表達(dá);提出適合本研究的評價指標(biāo)，并以此作為分析復(fù)雜構(gòu)形柔性機械臂末端振動特性的主要準(zhǔn)則。
　　最后，以雙連桿柔性機械臂為算例，通過修

4、改一系列內(nèi)部參數(shù)和外部配置，依據(jù)評價準(zhǔn)則分析討論末端柔性機械臂位移狀態(tài)的影響因素。內(nèi)部參數(shù)主要指多柔性機械臂系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，包括柔性機械臂材料、截面形狀，柔性機械臂損耗因子，柔性關(guān)節(jié)的等效剛度等，外部配置主要是指柔性機械臂間的夾角、外部施加的控制力矩等。仿真結(jié)果表明，內(nèi)部參數(shù)和外部配置對柔性機械臂末端振動位移存在影響，且影響程度不盡相同。本課題為多連桿柔性機械臂的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和振動控制提供參考依據(jù)，另一方也為含柔性臂機械系統(tǒng)研究提供理論補充