RV减速器间隙及关节摩擦对医用机械臂动力学的耦合影响
发布时间：2021-08-18 07:44
为了探究减速器间隙及关节摩擦对医用机械臂动力学特性的影响,提高医用机械臂控制及摆位的精度,课题组以医用机械臂为对象,利用拉格朗日方程建立了包含RV减速器中心轮与行星轮之间的时变啮合刚度、啮合阻尼、齿侧间隙及关节铰接摩擦的动力学模型。仿真分析结果表明:由于时变啮合刚度、啮合阻尼、齿侧间隙的出现,医用机械臂角加速度出现非周期波动,且随着间隙的增加,波动幅值增大,而关节摩擦可以降低加速度波动的幅值,但会造成系统能量损失;同时,时变啮合刚度、啮合阻尼和齿侧间隙使医用机械臂末端在同一时刻到达位置出现偏差,运动出现时间上的延迟,关节摩擦使末端轨迹的误差进一步增加。
【文章来源】：轻工机械. 2020,38(04)
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
机械臂与减速器简化连接图及RV减速器结构Figure5Simplifiedconnectiondiagramofmanipulator
，θp1，θp2，θp3为RV减速器中心轮及各行星轮的旋转角度;rs，rp1，rp2，rp3为RV减速器的中心轮及各行星轮基圆半径。假设各齿轮制造精度足够高，忽略齿面制造误差，关节1处中心轮与各行星轮啮合力Fsn，Fpn有:Fsn=kspnf(rsθs+rpnθpn－(rs+rpn)θrcosα)+cspnf(rs?θs+rpn?θpn－(rs+rpn)?θrcosα);Fpn=－Fsn}。(17)图6RV减速器1级行星减速动力学模型Figure6FirststageplanetarydecelerationdynamicsmodelofRVreducer同理，关节2处为:F"sn=k"spnf"(r"sθ"s+r"pnθ"pn－(r"s+r"pn)θ"rcosα")+c"spnf"(r"s?θ"s+r"pn?θ"pn－(r"s+r"pn)?θ"rcosα");F"pn=－F"sn}。(18)式中:Fsn为中心轮与第n个行星轮之间中心轮所受啮合力;Fpn表示第n个行星轮与中心轮之间行星轮所受啮合力;文中带有上角标的参数为关节2处减速器参数。间隙函数:f(x)=x－b，x＞b;0，－b＜x＜b;x+b，x＜b{。(19)f"(x)=?x，x＞b或x＜－b;0，－b＜x＜b{。(20)式中:b为间隙值一半;x为2齿轮啮合时沿啮合线方向的相对位移;?x为啮合时相对速度。参照文献［10］第165页把1个啮合周期中的时变啮合刚度及啮合阻尼描述成式:kspn(t)=k1，mod((t+φ02π)，T
灾行牡淖??吡?JR1，JR2分别为RV轮1，2的自转转动惯量，且有JR1=JR2。假设2个RV轮相同，相差180°安装，则可选取一个RV轮进行受力分析，参考文献［11］67页对RV轮受力分析如图8所示，∑Fix，∑Fiy为针轮对RV轮的力在X，Y轴方向分力;Fj1，Fj2(j=1～3)为曲柄对RV轮的作用力在X，Y轴方向分力且F11=F21=F31，F12=F22=F32;rg1为RV轮节圆半径;Ts为负载扭矩。图7RV轮受力分析Figure7ForceanalysisofRVwheel由文献［10］165页可知，Fj1，Fj2分别与∑Fix，∑Fiy平衡且不对Orv产生扭矩，所以对图8系统可列出如下动力学方程:2∑Fixrg1－Ts=(JR1+JR2+Jr+J1+J2+J3)¨θr;∑Fix=3Fj1{。(25)同理关节2处:2∑F"ixr"g1－T"s=(J"R1+J"R2+J"r+J"1+J"2+J"3)¨θ"r;∑F"ix=3F"j1{。(26)图8输出盘、曲柄轴及行星轮公转当量等效系统Figure8Rotationequivalentsequivalentsystemofoutputdisk，crankshaftandplanetarywheel参照文献［11］68页对曲柄自转过程的受力分析如图9所示，则可对曲柄列出如下动力学方程:Fp1rp1－2Fj1e=(Jb1+Jh)¨θh。(27)式中Jh为曲柄自转时对中心的转动惯量。图9曲柄受力分析Figure9Forceanalysisofcrank综合表达式(17)，式(25)和式(27)得出RV减速器的2自
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于混合摩擦表达的机器人模块化关节动力学建模与仿真[J]. 朱松青,李永,高海涛,刘娣. 机械设计与制造工程. 2019(01)
[2]关节式同步带减速机械臂精度分析与优化研究[J]. 夏力,罗路平,徐琦. 机电工程. 2018(12)
[3]四级行星齿轮减速器耦合系统动态性能优化[J]. 林腾蛟,曹洪,谭自然,何泽银,吕和生. 机械工程学报. 2018(11)
[4]考虑减速机构间隙的机械臂动力学建模分析[J]. 卢剑伟,陈昊,孙晓明,徐燚. 机械工程学报. 2013(15)
[5]放射肿瘤学技术进展[J]. 姜万荣,朱锡旭. 现代肿瘤医学. 2012(04)
[6]RV传动机构的受力分析[J]. 董向阳,邓建一,陈建平. 上海交通大学学报. 1996(05)
硕士论文
[1]考虑减速机构间隙的机械臂动力学建模与分析[D]. 孙晓明.合肥工业大学 2014
本文编号：3349497
【文章来源】：轻工机械. 2020,38(04)
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
机械臂与减速器简化连接图及RV减速器结构Figure5Simplifiedconnectiondiagramofmanipulator
，θp1，θp2，θp3为RV减速器中心轮及各行星轮的旋转角度;rs，rp1，rp2，rp3为RV减速器的中心轮及各行星轮基圆半径。假设各齿轮制造精度足够高，忽略齿面制造误差，关节1处中心轮与各行星轮啮合力Fsn，Fpn有:Fsn=kspnf(rsθs+rpnθpn－(rs+rpn)θrcosα)+cspnf(rs?θs+rpn?θpn－(rs+rpn)?θrcosα);Fpn=－Fsn}。(17)图6RV减速器1级行星减速动力学模型Figure6FirststageplanetarydecelerationdynamicsmodelofRVreducer同理，关节2处为:F"sn=k"spnf"(r"sθ"s+r"pnθ"pn－(r"s+r"pn)θ"rcosα")+c"spnf"(r"s?θ"s+r"pn?θ"pn－(r"s+r"pn)?θ"rcosα");F"pn=－F"sn}。(18)式中:Fsn为中心轮与第n个行星轮之间中心轮所受啮合力;Fpn表示第n个行星轮与中心轮之间行星轮所受啮合力;文中带有上角标的参数为关节2处减速器参数。间隙函数:f(x)=x－b，x＞b;0，－b＜x＜b;x+b，x＜b{。(19)f"(x)=?x，x＞b或x＜－b;0，－b＜x＜b{。(20)式中:b为间隙值一半;x为2齿轮啮合时沿啮合线方向的相对位移;?x为啮合时相对速度。参照文献［10］第165页把1个啮合周期中的时变啮合刚度及啮合阻尼描述成式:kspn(t)=k1，mod((t+φ02π)，T
灾行牡淖??吡?JR1，JR2分别为RV轮1，2的自转转动惯量，且有JR1=JR2。假设2个RV轮相同，相差180°安装，则可选取一个RV轮进行受力分析，参考文献［11］67页对RV轮受力分析如图8所示，∑Fix，∑Fiy为针轮对RV轮的力在X，Y轴方向分力;Fj1，Fj2(j=1～3)为曲柄对RV轮的作用力在X，Y轴方向分力且F11=F21=F31，F12=F22=F32;rg1为RV轮节圆半径;Ts为负载扭矩。图7RV轮受力分析Figure7ForceanalysisofRVwheel由文献［10］165页可知，Fj1，Fj2分别与∑Fix，∑Fiy平衡且不对Orv产生扭矩，所以对图8系统可列出如下动力学方程:2∑Fixrg1－Ts=(JR1+JR2+Jr+J1+J2+J3)¨θr;∑Fix=3Fj1{。(25)同理关节2处:2∑F"ixr"g1－T"s=(J"R1+J"R2+J"r+J"1+J"2+J"3)¨θ"r;∑F"ix=3F"j1{。(26)图8输出盘、曲柄轴及行星轮公转当量等效系统Figure8Rotationequivalentsequivalentsystemofoutputdisk，crankshaftandplanetarywheel参照文献［11］68页对曲柄自转过程的受力分析如图9所示，则可对曲柄列出如下动力学方程:Fp1rp1－2Fj1e=(Jb1+Jh)¨θh。(27)式中Jh为曲柄自转时对中心的转动惯量。图9曲柄受力分析Figure9Forceanalysisofcrank综合表达式(17)，式(25)和式(27)得出RV减速器的2自
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于混合摩擦表达的机器人模块化关节动力学建模与仿真[J]. 朱松青,李永,高海涛,刘娣. 机械设计与制造工程. 2019(01)
[2]关节式同步带减速机械臂精度分析与优化研究[J]. 夏力,罗路平,徐琦. 机电工程. 2018(12)
[3]四级行星齿轮减速器耦合系统动态性能优化[J]. 林腾蛟,曹洪,谭自然,何泽银,吕和生. 机械工程学报. 2018(11)
[4]考虑减速机构间隙的机械臂动力学建模分析[J]. 卢剑伟,陈昊,孙晓明,徐燚. 机械工程学报. 2013(15)
[5]放射肿瘤学技术进展[J]. 姜万荣,朱锡旭. 现代肿瘤医学. 2012(04)
[6]RV传动机构的受力分析[J]. 董向阳,邓建一,陈建平. 上海交通大学学报. 1996(05)
硕士论文
[1]考虑减速机构间隙的机械臂动力学建模与分析[D]. 孙晓明.合肥工业大学 2014
本文编号：3349497
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