柔性欠驱动机械臂动力学耦合分析

刘建英 王效岳 宫金良

山东理工大学机械工程学院，淄博,255049

柔性欠驱动机械臂动力学耦合分析

刘建英 王效岳 宫金良

山东理工大学机械工程学院，淄博,255049

为建立柔性3R欠驱动机械臂的动力学方程，采用Euler-Bernoulli梁模型并添加经迭代计算的边界条件，对柔性机械臂进行了动力学耦合与仿真分析。在对柔性机械臂进行模态分析的基础上，将柔性机械臂视为包含边界条件的悬臂梁和简支-自由梁模型，采用假设模态法建立柔性3R欠驱动机械臂的动力学模型。仿真结果证明：添加经迭代计算的边界条件的柔性梁模型能更好地反映自由关节的加速度耦合情况。最后对柔性欠驱动机械臂与刚性欠驱动机械臂进行关节耦合指标分析，结果表明柔性欠驱动机械臂的自由关节包含更复杂的耦合情况，对柔性机械臂弹性振动的控制是对柔性欠驱动机械臂控制的关键。

欠驱动；柔性机械臂；弹性变形；耦合分析

0 引言

近年来机器人及其应用已成为研究焦点，成果也越来越多[1-3]。柔性欠驱动机器人兼具柔性机器人与欠驱动机器人的优点，其质量小、负载大、耗能低、结构紧凑、运动灵活且具有丰富的动力学特性等[4-5]。常用的柔性机器人的建模方法有假设模态法[6-7]和有限元法[8]。假设模态法建立的动力学方程含有较少的广义变量，因此常用于柔性机械系统的动力学建模与控制。

柔性欠驱动机械系统不同于刚性欠驱动机械系统，其大范围转动与机械臂的弹性变形相互耦合[9]，运动的不确定性大，因此有必要建立更符合实际情况的动力学模型。……