复杂构形柔性机械臂多维振动特性分析

发布时间：2016-08-07 15:21

  本文关键词：复杂构形柔性机械臂多维振动特性分析，由笔耕文化传播整理发布。

《山东大学》 2014年

复杂构形柔性机械臂多维振动特性分析

于慧  

【摘要】：机械臂是很多机械装置机械系统的关键部件,在工程实际中应用广泛。机械性能正朝着高效、低耗、质轻、灵便的方向发展,含柔性机械臂的机械系统因具备上述优点而得到了国内外研究学者的广泛关注。但相比于传统的刚性机械臂,柔性轻质机械臂由于刚度小、质量轻,在运动过程中极易产生变形与振动,进而影响机械性能。为解决上述矛盾问题,越来越多的研究者开始关注柔性机械臂的研究,并将其作为其他机械装置动力学研究的辅助部分。 柔性机械臂系统的柔性来源于连杆柔性和关节柔性。本文以复杂构形柔性机械臂为研究对象,建立动力学模型时同时研究连杆柔性和关节柔性。在分析连杆柔性时,考虑连杆的横向、纵向和扭转多维振动,即不忽略任何一种振动变形对机械臂系统的影响；分析关节柔性时,将关节假设为6自由度的自由关节,以多维线性弹簧来模拟其动力学特性。 本文首先建立了复杂构形柔性机械臂的动力学模型。结合子系统综合法中的传递矩阵法和机械导纳法的建模思想,分别建立了柔性机械臂和柔性关节的动力学模型。对每个子系统模型进行振动分析,求出各自振动特性,再根据各个子系统连接界面的变形协调关系,建立系统递推方程,并求解此方程,从而得到整个柔性机械臂系统的振动特性。 然后,在多连杆柔性机械臂动力学模型的基础上,通过求解递推方程得到了系统频域响应的解析表达式。进一步通过傅里叶逆变换,得到两种典型信号的时域响应表达；提出适合本研究的评价指标,并以此作为分析复杂构形柔性机械臂末端振动特性的主要准则。 最后,以双连杆柔性机械臂为算例,通过修改一系列内部参数和外部配置,依据评价准则分析讨论末端柔性机械臂位移状态的影响因素。内部参数主要指多柔性机械臂系统的结构参数,包括柔性机械臂材料、截面形状,柔性机械臂损耗因子,柔性关节的等效刚度等,外部配置主要是指柔性机械臂间的夹角、外部施加的控制力矩等。仿真结果表明,内部参数和外部配置对柔性机械臂末端振动位移存在影响,且影响程度不尽相同。本课题为多连杆柔性机械臂的结构优化和振动控制提供参考依据,另一方也为含柔性臂机械系统研究提供理论补充,具有重要的研究和应用价值。

【关键词】：
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP241
【目录】：

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