车载式多自由度机械臂运动学及动力学特性研究

发布时间：2017-04-06 19:20

  本文关键词：车载式多自由度机械臂运动学及动力学特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文所涉及城市道路多功能工程车旨在完成城市道路两侧的一些不经常需要、但每年偶尔要从事的一些工作,比如修剪绿篱、喷洒农药、修剪树枝、路边挖坑等。多功能工程车尾部安装有多自由度机械臂,能实现升降、回转、俯仰、伸缩的功能,在多自由度机械臂的末端,设计有统一的快换平台,可以快速更换各种工作装置,完成各种相应的工作,实现一车多用,大大减少了仅具有单一功能的工程车的数量、节约了设备和管理成本,提高了工作效率。多功能工程车工作任务差别较大,尾部的多自由度机械臂因工作状况不一而导致姿态要求各异,例如需要屈臂、水平伸缩、垂直升高、频繁回转等,造成运动状况复杂、某些状态处于容易倾覆的危险工况,因尾端的工作装置本身重量较大,工作时还会产生较大和较复杂工作负荷,导致整车和局部机构处于较大交变载荷状态,受力状况复杂而且严峻。本文针对多功能车整车介绍及尾部安装的多自由度机械臂进行运动学及动力学特性分析,主要进行了以下几个方面的分析与研究工作:(1)总体结构及工作情况剖析分析机械臂实现伸缩、俯仰、升降、回转的原理和主体结构,研究如何在满足刚度与强度要求前提下具有较小体积和较好稳定性、可靠性;机械臂末端安装的水平保持装置以及快换装置是工程车实现多种功能的关键,也作了较深入的剖析。(2)三维建模与仿真及抗倾覆性分析利用三维软件UG对机械臂进行建模,并使用仿真软件ADAMS进行动力学仿真,得出了执行装置的位移、速度、加速度曲线,以及相应的角速度、角加速度曲线。并对工程车进行抗倾覆性分析,以验证其在恶劣工况下的稳定性。(3)运动学分析运动学分析包括正、逆向运动学分析,通过建立运动学方程,对机械臂的位移、速度、加速度进行分析,使机械臂的运动轨迹达到合理的要求。(4)动力学分析动力学研究是机械臂的运动和受力的关系,对机械臂的仿真研究、动态性能和最优指标起着重要作用;利用有限元分析软件ANSYS研究机械臂的强度和刚度问题,得出危险部位的最大应变、应力值,并进行模态分析,使机械臂的稳定性和安全性符合要求。
【关键词】：多功能工程车 多自由度机械臂 工作特性 运动学分析 动力学分析
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U418.3
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 第1章 绪论14-21
• 1.1 课题背景14-15
• 1.2 国内外研究现状15-18
• 1.2.1 国外研究现状15-18
• 1.2.2 国内研究现状18
• 1.3 本文主要内容18-21
• 第2章 多自由度机械臂方案介绍21-33
• 2.1 机械臂的功能要求21-22
• 2.2 原理方案22-26
• 2.2.1 伸缩方案23
• 2.2.2 俯仰方案23-25
• 2.2.3 升降方案25
• 2.2.4 回转机构25
• 2.2.5 末端水平保持机构25-26
• 2.3 机械臂结构介绍26-32
• 2.3.1 伸缩臂设计26-28
• 2.3.2 快换装置的设计28-30
• 2.3.3 主要部件的设计30-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第3章 多功能工程车剖析33-49
• 3.1 多功能工程车简介33-35
• 3.2 多功能车工程车建模35-37
• 3.2.1 建模软件简介35
• 3.2.2 机械臂建模35-37
• 3.2.3 多功能工程车建模37
• 3.3 虚拟样机及AD AMS软件37-44
• 3.3.1 虚拟样机技术37-39
• 3.3.2 ADAMS软件39-41
• 3.3.3 ADAMS建模和仿真41-44
• 3.4 基于A DAMS的动力学仿真44-45
• 3.5 多功能车的抗倾覆性分析45-48
• 3.5.1 抗倾覆性工况分析45-47
• 3.5.2 多功能车的稳定性分析47-48
• 3.6 本章小结48-49
• 第4章 多自由度机械臂的运动学分析49-59
• 4.1 运动学分析基础理论49-52
• 4.1.1 概述49
• 4.1.2 运动学方程相关参数以及坐标系49-51
• 4.1.3 运动学方程51-52
• 4.2 多自由度机械臂的运动学分析52-58
• 4.2.1 多自由度机械臂的正运动学分析52-57
• 4.2.2 多自由度机械臂的逆运动分析57
• 4.2.3 多自由度机械臂的工作区域57-58
• 4.3 本章小结58-59
• 第5章 多自由度机械臂的动力学及有限元分析59-67
• 5.1 动力学简介59-60
• 5.2 升降臂的动力学分析60-61
• 5.2.1 下臂的动力学分析60
• 5.2.2 中臂的动力学分析60-61
• 5.2.3 上臂的动力学分析61
• 5.3 伸缩臂的动力学分析61-62
• 5.3.1 第一节臂的动力学分析61
• 5.3.2 第二节臂的动力学分析61-62
• 5.3.3 第三节臂的动力学分析62
• 5.4 末端执行装置的动力学分析62
• 5.5 有限元分析62-66
• 5.5.1 有限元法63
• 5.5.2 AN SYS软件63-64
• 5.5.3 多自由机械臂的有限元分析64
• 5.5.4 有限元分析准备64
• 5.5.5 部件的应力应变图64-65
• 5.5.6 模态分析65-66
• 5.6 本章小结66-67
• 总结与展望67-69
• 参考文献69-72
• 致谢72

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本文编号：289516