柔性机械臂建模及动力学特性分析

以仿人手臂的三旋转关节刚柔耦合机械臂为研究对象,对柔性部分建立理论模型并分析其动态特性。为了提高模型精确度,利用有限段方法分析研究不同边界条件下柔性臂各阶固有频率及振型函数,通过假设模态法和汉密尔顿原理,考虑重力,建立机械臂柔性部分动力学模型。引入角度轨迹,在Matlab中利用四阶Runge-Kutta法求解非线性时变微分方程组,获得柔性臂末端负载的残余振动。为实现柔性机械臂模型的进一步精确化和主动残余振动控制提供参考。     

柔性机械臂建模及动力学特性研究

以仿人手臂的三旋转关节刚柔耦合机械臂为研究对象,对柔性部分建立理论模型并分析其动态特性。为了提高模型精确度,利用有限段方法分析研究不同边界条件下柔性臂各阶固有频率及振型函数,通过假设模态法和汉密尔顿原理,考虑重力,建立机械臂柔性部分动力学模型。引入角度轨迹,在Matlab中利用四阶Runge-Kutta法求解非线性时变微分方程组,获得柔性臂末端负载的残余振动。为实现柔性机械臂模型的进一步精确化和主动残余振动控制提供参考。     

受控柔性机械臂动力学建模仿真

针对链式反馈受控多体系统,建立了反馈控制的通用处理方法,构造了相应的控制元件,建立了受控多体系统离散时间传递矩阵法.该方法无需建立系统总体动力学方程,计算速度快、建模灵活,相比于其他动力学方法更利于对复杂受控多体系统的动态设计和实时控制.采用PD控制和基于压电激励器的模态速度反馈控制,分别建立了柔性机械臂系统相应的传递矩阵,应用文中方法实现了对柔性机械臂轨迹跟踪和振动主动控制,仿真结果表明了该方法的有效性.     

柔性机械臂动力学建模与振动分析

本文采用假设模态法和Lagrange方程建立了柔性机器人连杆的动力学模型,利用数值仿真,对比分析了截取模态的阶数对连杆振动的影响,结果表明,三阶模态截断可以得到较良好的振动响应分析结果。仿真结果还表明,柔性机器人连杆的结构参数对系统振动的影响,适当增加连杆截面高度可以有效抑制其振动和弹性变形。末端集中质量会对连杆振动产生较大影响。仿真结果表明,集中质量越大,连杆振动也越剧烈。     

含摩擦碰撞柔性机械臂动力学研究

本文研究了由柔性杆、柔性铰构成的机械臂的斜碰撞动力学问题。首先,采用高次刚柔耦合理论通过Lagrange方程得到系统的递推动力学模型。然后,引入碰撞力势能,运用连续法建模获得碰撞力所对应的广义力,得到系统的碰撞动力学方程。采用Hertz接触模型和Coulomb摩擦光滑修正模型分别建立法向和切向碰撞模型,提出碰撞/分离切换准则。通过光滑化处理摩擦接触,提高了大型复杂柔性多体系统含摩擦碰撞全局动力学的计算效率。最后对国际空间站机械臂Canadarm2的简化模型斜碰撞过程进行仿真,验证了所提模型和算法的有效性。     

柔性机械臂非线性动力学模型及控制的研究

针对轴向不伸长的Ｅｕｌｅｒ－Ｂｅｒｎｏｕｌｉ梁，采用假设模态法，根据能量一致性原理，利用变形约束方程和小变形假设条件，对带有末端荷载的柔性机械臂，推导出考虑动力刚化（ＤｙｎｍａｉｃＳｔｉｆ－ｅｎｉｎｇ）影响的柔性机械臂有限维一致线性化动力学方程。为实现柔性机械臂关节转角运动轨迹的精确跟踪，采用基于输入输出部分线性化的控制方法设计非线性控制器，对该非线性动力学模型进行解耦并产生理想关节转角运动轨迹的控制输入。采用线性系统最优状态反馈控制规律设计弹性模态稳态器抑制弹性体的振动。数值仿真验证了该控制策略的有效性。     

考虑车架柔性的刚柔耦合汽车平顺性分析

应用有限元对某SUV轿车车架进行模态分析,在此基础上,基于多体动力学理论应用ADAMS/Car软件建立考虑车架柔性的刚柔耦合整车多体动力学模型。对车身质心垂向加速度、悬架动行程和轮胎动位移进行分析,并与多刚体模型的仿真结果进行比较。研究结果表明：考虑车架柔性的刚柔耦合模型的车身垂直加速度功率谱密度比刚体模型降低14.7 %,悬架动行程增大27.1 %,轮胎动行程减小14.8 %;车架柔性对车身主频影响很小,但对车身20 Hz以上振动频谱影响较大。     

折叠式高空作业车臂架系统的动力学建模

用柔性多体动力学的理论分析折叠式高空作业车臂架系统的动态特性。把高空作业车的臂架模拟成柔性机械臂,采用柔性多体动力学理论和拉格朗日方程建立高空作业车臂架系统的柔性多体动力学方程,通过对高空作业车臂架运动微分方程的推导和数值求解,对高空作业车各臂架的运动情况进行分析。分别建立高空作业车臂架的刚性模型和柔性模型。仿真得出两种模型的变形曲线,结果表明,考虑各个臂杆柔性变形的影响是非常必要的,同时研究成果为折叠式高空作业车臂架及工作台的振荡控制和轨迹精确控制研究打下基础。     

柔性基础混合隔振系统建模与控制

实际的混合隔振系统一般由刚体振源、弹性安装基础以及连接它们的隔振器、作动器构成,是一个复杂的具有刚柔耦合特性的无限维分布参数系统。为了兼顾系统建模的准确性和控制器设计的方便性,采用子结构模态综合法对柔性基础混合隔振系统进行建模,并与ANSYS建立的有限元模型进行对比,在验证模型有效性的基础上,基于修正的独立模态控制算法对混合隔振系统进行控制设计和仿真分析,结果表明设计的混合隔振系统能够有效地减小基础的振动响应,且隔振效果优于被动隔振系统。     

N自由度柔性机械臂通用的动力学建模方法研究

针对多自由度柔性机械臂动力学建模过程复杂的问题,提出一种适用于N自由度柔性臂刚柔耦合动力学建模的通用方法。该方法基于拉格朗日方程(Lagrange)和假设模态法(ASM),归纳推导得到了N自由度柔性机械臂动力学模型的最简通用符号表达式,根据该建模方法开发了\"N-DOF柔性机械臂动力学方程符号计算软件\";最后以两自由度柔性机械臂为例进行位置跟踪控制实验,用开发的软件自动生成了动力学模型,并搭建了实物模型进行对比验证,结果具有一致性,表明了该建模方法的正确性。与传统建模方法相比,该建模方法可减少90%以上计算时间,极大降低了建模过程的复杂性,同时对多自由度柔性臂动力学建模也具有通用性。