计及变形耦合的双连杆柔性机械臂动力学模型

根据连续介质的几何非线性变形原理,结合柔性多体系统建模理论的最新进展,在柔性梁的纵向、横向变形位移中均考虑了横向弯曲变形以及轴向伸缩变形的耦合作用,对一双连杆柔性机械臂系统,将其简化为柔性梁结构,利用有限元法和Lagrange方程,得出不同于传统零次近似方程,也不同于一次耦合动力学方程的新方程, 并可将此方程拓展到多杆机械臂系统。模型包含了二次耦合附加项,并且由于增加了变形耦合量,对柔性梁产生了“软化”作用,使得柔性机械臂模型不同于传统动力学模型。最后,计算仿真说明了这种差异,揭示了新模型的特点和有效性。     

旋转柔性机械臂的动力学建模

首先采用随体坐标系描述变形位移场,用Green应变理论分析耦合变形,在计入系统的转动惯量、弯曲-拉伸耦合变形和粘性阻尼的影响下,采用微元法从应力应变角度得出机械臂的动力学方程.然后在随体坐标系内采用Galerkin方法离散变形位移场,得出系统的控制方程,分析系统的耦合效应.最后通过数值计算表明,阻尼对于系统的振幅有较大影响.     

柔性欠驱动机械臂动力学耦合分析

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。     

考虑柔性关节的机械转动臂优化设计

本文以柔性机械转动臂为研究对象,在优化总体目标下建立了机械转动臂结构的数学模型,考虑了柔性机械转动臂动态特性和控制策略的函数。建立了以臂厚为变量,以臂结构尺寸为约束的臂弯曲模型和末端垂直静弯曲模型。通过对高速、低速工况下机械转臂的结果进行对比分析,优化后的机械转臂的重量比增大,刚度和强度提高,整体动力性能明显改善。     

柔性机械臂动力学建模理论与实验研究进展

总结了国内外学者在柔性机械臂建模理论及其相关实验等方面的最新研究进展,系统地阐述了柔性机械臂的变形描述方法、关节动力学建模、柔性机械臂系统的动力学建模方法、臂杆的刚化和软化效应、柔性机械臂实验方法等方面的研究现状,提出了现阶段机械臂动力学理论与实验研究存在的问题与不足,预测了柔性机械臂动力学研究的主要方向和核心技术,详细分析了柔性机械臂最佳模态阶数选取、基于动力学特性的柔性机械臂系统参数优化、关节驱动规律的确定、柔性机械臂在高速运转下刚化与软化效应、柔性机械臂关节精细建模、空间柔性机械臂超低速运行时爬行现象等待解决的关键技术问题。     

谐波驱动柔性臂系统耦合动力学建模及辨识

为研究谐波驱动的柔性臂系统耦合动力学建模问题,分别进行了谐波驱动模型的参数辨识和柔性机械臂振动特性的耦合动力学模型辨识。通过阶跃电流激励和低匀速转动实验辨识出了关节的库伦摩擦力,在伪随机二进制信号的激励下,辨识得到了包含驱动系统转动惯量和黏性摩擦因数的驱动传递函数模型,将其与实际结构系统比较验证了此模型的准确性。理论分析了振动耦合力矩和柔性臂应变输出电压之间的线性关系,辨识得到了从电机转动角位移到柔性臂应变电压输出之间的传递函数,其输出在时域和频域上都与实际系统比较吻合,说明了建立的传递函数模型对于实际系统的适用性。综合两个辨识得到传递函数模型,实现了对谐波驱动的柔性机械臂系统的耦合动力学建模。     

柔性机械臂的动力学分析与实验研究

采用有限段方法建立柔性机械臂的离散模型，以基于Ｋａｎｅ方程的Ｈｕｓｔｏｎ方法建立柔性机械臂的动力学方程。在方程中，计入几何非线性变形的惯性影响，包括非对称花面当量弹性力对于广义主动力的贡献。求解过程引入相对位移的模态变换以提高计算效率。以单柔性机械臂为例，进行动力学仿真与实气研究。结果表明数值计算结果与实验结果吻合良好。     

单自由度柔性机械臂刚柔耦合动力学仿真研究

柔性机械臂在刚性旋转的同时自身存在弹性变形运动,其动力学行为表现为复杂的刚柔耦合现象,对机械臂的控制精度和运动稳定性产生不可忽视的影响.为研究单自由度柔性机械臂的刚柔耦合特性,采用了ANSYS和ADAMS的联合仿真方法.基于柔性体建模理论,在ANSYS中建立单自由度柔性机械臂的有限元模型,将模型导入ADAMS中进行动力学仿真.分析了机械臂末端的振动与转速的关系,研究了某一时刻的动应力及其随时间的变化情况.结果表明,该方法适用于柔性机械臂的刚柔耦合动力学特性研究,对柔性机械臂的设计具有重要意义.     

带有加速度反馈的柔性机械臂振动控制

以柔性臂末端点切向加速度作反馈量。结合柔性臂机电耦合特性,得到了以柔性臂末端点转角θｔ为输出,以柔性臂给定转角θｄ为输入的传递函数。将时域的二次型目标函数转化为频域的二次型目标函数,求解加速度增益。实验结果证明了加速度反馈抑制柔性臂振动的有效性和实用性。     

液压柔性机械臂的动力学建模及鲁棒控制研究

将柔性机械臂视为Euler Bernoulli梁模型 ,其动力学特性以假设模态法描述 ,并充分考虑柔性臂与液压驱动系统 (液压回路、液压缸和液压伺服阀 )的动力耦合作用 ,推导出液压柔性机械臂的动力学方程。在此基础上 ,提出同时控制刚体运动及弹性振动的鲁棒控制器设计方法。数字仿真结果表明了控制器的镇定性和鲁棒性     

机器人柔性臂动态运动误差的实时测量

介绍机器人柔性臂动态运动误差的集成激光测量系统的工作原理和具体实现方法,并给出基于测量的柔性机器人误差的算法.     

基于柔性多体动力学的机械臂结构优化设计

针对柔性关节对工业机器人动力学特性的影响,基于“转子-扭簧”模型和有限元法,研究关节刚度对机械臂固有动力学特性的影响规律;考虑臂杆柔性和关节柔性,建立了机械臂多柔体动力学有限元模型,以机械臂轻量化为设计目标,以末端总位移量为约束条件对机械臂结构进行优化。研究结果表明,不同关节刚度对机械臂各阶固有频率的影响不同,优化后的机械臂载重/自重比增大,刚度和强度均得到提高,整体动力学性能明显提高。     

基于超声电机的微机械臂系统

针对传统电机驱动机械臂体积大、重量重、定位精度低的缺点,研制了基于超声电机的以DSP控制的微型机械臂系统。该系统主要由机械结构和控制系统组成。机械结构由支架、机械臂和系统升降台等组成,控制系统由上位计算机、超声电机及控制器组成。本系统的实验结果表明：采用PI控制器对超声电机的控制,在微米尺度下可以达到较高的精度要求。     

5自由度机器人手臂三维建模及运动仿真

介绍了机器人的研究现状和发展趋势,通过Pro/Engineer软件建立了结构简单的娱乐型5自由度机器人手臂的3D模型并进行了手臂的运动仿真。本课题中机器人手臂的结构设计及仿真,为机器人手臂的设计提供借鉴和参考依据。     

基于ANSYSW0rkbench的焊接机器人大臂预应力模态分析

焊接机器人的大臂是整个机器人的受力最大的机构,作为机器人的重要部件,其刚度和强度直接影响到机器人的使用精度和寿命。在设计过程中必须保证它的强度和刚度及在运动过程中振动频率的影响0文中在有限元受力分析软件ANSYS下对焊接机器人的大臂进行静力分析,为机器人整体设计和优化提供有效的理论支持。     

五自由度服务机器人手臂的参数化设计及HyperMesh分析

介绍了一种用于服务行业的五自南度机器人手臂的参数化设计与分析方法。针对手臂部件的特点,采用参数化设计的思想,列出了手臂的参数化设计流程,在UG草图中对其建立约束,基于UG／Part Family建立部件的通用件库,最后运用分析软件对手臂进行模拟受力分析,以修改相应参数,使其满足工作要求。机器人手臂的实例证明该参数化设计与分析的方法是有效的。     

一种新型铝锭码垛机械手的研究设计

针对目前我国铝锭生产线中的码垛机械手的要求设计了一种新型关节式铝锭码垛机械手。该机械手采用气压驱动,并通过抓锭结构、夹锭结构、压锭结构实现铝锭的稳定抓取、搬运、码放等操作。并给出了动力学计算公式以及对气动系统等问题进行的分析与研究,试验结果表明,该机械手能实现生产中所需的动作要求。     

机器人示教臂系统的示教实现

提出了基于轻质无驱动机械臂人工拖动的直接示教方式。根据DH变换法建立了示教臂与被示教机器人运动学关系。针对逆运动学多解问题,以位形选择方式,实现示教臂和机器人的位置映射,从而实现了示教臂与机器人的示教-再现过程,并说明了有奇异路径的示教方法。对具体任务进行仿真验证了方法的有效性。     

柔性机械臂接触碰撞问题的研究

分析了柔性机械臂在碰撞前、碰撞阶段以及碰撞后的动力学特性，在子结构离散的柔性多体系统动力学的基础上，导出了描述这三个不同阶段的动力学方程。从运动的连续性获得各阶段的初始条件，通过仿真计算可确定碰撞开始和结束的时刻，并求得撞击力和机械臂抓手位移的时间历程     

灌装线码垛机械手的设计与研究

介绍了一种用于灌装生产线搬运码垛的新型机械手.该机械手采用机械加电动为主、气动为辅的码垛方式,完成桶装水的抓取、搬运、码放工作,具有效率高、结构简单、运动平稳、符合食品卫生要求的特点,这种技术同样适用于其他桶装物品的搬运、码垛作业.