基于空间变形梁的柔性机械臂刚-柔耦合动力学模型研究

罗天洪，黄世福，陈 才，刘 淼，董绍江

(重庆交通大学 机电与车辆工程学院，重庆400074)



基于空间变形梁的柔性机械臂刚-柔耦合动力学模型研究

罗天洪，黄世福，陈 才，刘 淼，董绍江

(重庆交通大学 机电与车辆工程学院，重庆400074)

针对作大范围空间运动的机械臂，提出了基于变形旋量理论的工业机器人机械臂刚柔耦合动力学建模方法；研究了机械臂空间变形耦合和扭转变形对动力学特性的影响；建立了作大范围空间运动柔性机械臂的刚-柔耦合动力学理论模型，该模型将机械臂应用到空间范围，并考虑扭转变形的影响。对模型做计算仿真分析，将分析结果与传统零次模型进行比较。结果表明：作大范围运动机械臂动力学方程的建立，旋量理论的应用解决了传统数学方法只限于平面运动的局限性；大范围运动与机械臂变形之间的耦合，对于机械臂杆件和终端有一定的影响；计及变形耦合影响的机械臂动力学特性将发生变化，机械臂振动频率会提高。

机电工程；旋量理论；柔性机械臂；刚柔耦合；动力学模型

0 引 言

近年来，随着世界工业技术的发展，工业机器人向着轻质、重载、高精密方向快速发展，柔性机械臂也得到广泛的应用。柔性机械臂的动力学模型属于刚-柔耦合动力学模型，传统的零次建模理论[1-3]是将柔性臂简化为Euler-Bernoulli梁的方式进行建模，没有考虑作大范围运动与机械臂柔性变形之间的耦合作用，因此动力刚化现象的基础上，围绕作大范围运动机械臂的刚-柔耦合动力学模型，许多学者又进行了研究。……