计及铰间隙的多柔体机械臂动力学特性*

任 武， 吴运新， 张赵威

(1．中南大学高性能复杂制造国家重点实验室 长沙，410083) (2．新乡医学院生物医学工程学院 新乡，453003)

计及铰间隙的多柔体机械臂动力学特性*

任 武1，2， 吴运新1， 张赵威1

(1．中南大学高性能复杂制造国家重点实验室 长沙，410083) (2．新乡医学院生物医学工程学院 新乡，453003)

地面长臂机械研究中一般都将铰当成理想铰处理而忽略铰间隙的影响,为得到更符合实际运动学规律和动力学特性的结果，首先，采用Lankarani-Nikravesh模型并选取合适的摩擦因数，分析加入第1节臂和加入全部4节臂油缸连接旋转铰间隙接触摩擦的影响；其次，建立对应的多柔体臂架的刚柔混合模型，对理想铰和铰间隙臂架模型的末端轨迹和振动特性进行数值分析。结果表明：加入铰间隙模型的末端振动位移比理想铰模型的末端位移增大，第1节臂液压油缸最大受力值也对应增大；考虑铰弹性的第1阶固有频率比理想铰模型有所降低，证明此类机械铰间隙的影响不能忽略。最后，通过臂架实验台验证了模型的合理性和数值仿真的正确性，为此类机械设计和工程应用提供参考。

多柔体； 机械臂； 铰间隙； 动力学； 固有频率

引 言

现代地面机械诸如高空作业车操作臂、长臂挖掘机、桥梁检测车工作臂、水泥混凝土泵车臂都可等效为连杆、铰、臂等组成的质量轻、柔度大的多柔体机械臂系统，这些机构的大范围位姿变换中臂的柔性和铰间隙的接触摩擦容易造成位置偏差和振动加剧，给动态特性求解带来困难。……