回转间隙耦合致振下机械臂参数抑振优化策略

摘要

在机械臂的转动关节处间隙的存在是不可避免的，而间隙的存在将导致机械臂动力学行为的恶化。本文以含间隙3R串联机械臂为研究对象，基于机械臂动力学方程的推导，从精度和质量优化方面实现多间隙机械臂的抑振效果。本文进行的主要工作有以下几方面： （1）以含间隙3R串联机械臂为研究对象，首先对机械臂关节处的间隙进行了描述，分析了弹簧阻尼模型和轻杆模型各自优缺点，结合弹簧阻尼模型和轻杆模型，针对多间隙机械臂关节铰内碰运动干涉的可能性，提出了利用运动学方程以及达朗贝尔原理推导含间隙机械臂的动力学方程，所得出的模型较为符合工程实际，且推导过程相对比较简单。 （2）在同样的驱动速度下，不同关节间隙精度组合对机械臂动力学行为的影响也有较为明显的区别，近基座端回转副间隙精度对机械臂末端的影响比远基座端回转副间隙精度对机械臂末端的影响大。按近基座端到机械臂末端各关节间隙精度组合为 IT7/IT8/IT9 时，其抖动幅值明显低于 IT8/IT8/IT8 间隙精度组合和IT9/IT8/IT7间隙精度组合。通过对仿真结果的分析可为机械臂各关节处的间隙精度设计提供一定的理论依据。 （3）在动力学方程的基础上分析了杆件重量对多间隙机械臂动力学的影响。通过不同制造材料的选择来实现机械臂杆件质量的按序递减调整。由仿真结果可以看出靠近基座的连杆质量较重，末端执行器采用较轻质量可以达到机械臂的抑振效果，在一定的加速度范围内，若驱动的加速度较小（加长仿真时间）时可以通过从末端执行器到基座依次降低杆件质量来达到机械臂抑振的效果。 （4）将精度优化与质量优化结合起来，建立优化模型，此模型从近基座端到机械臂末端各关节间隙精度依次为IT7/IT8/IT9，通过不同制造材料的选择来实现机械臂杆件质量的按序递减调整。分析多间隙机械臂在工作行程以及回程的运动学参数和动力学参数仿真结果可以看出将两种优化结合起来后其抑振效果优于单一参数的优化，最终达到了优化效果。

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内 容 摘 要

Abstract

选题的依据与意义

国内外文献资料综述

1.绪论

1.1本文研究的理论基础

1.1.1机械臂动力学建模方法

1.1.2达朗贝尔原理

1.2 本文研究的方法及可行性分析

1.2.1 本文研究方法

1.2.2 可行性分析

1.3 本文的研究内容、预期目标和成果

1.3.1 本文研究内容

1.3.2 预期目标和成果

2.多间隙机械臂动力学建模

2.1 引言

2.2 间隙的描述

2.2.1 弹簧阻尼模型

2.2.2 轻杆模型

2.3 基于达朗贝尔原理的动力学建模

2.4本章小结

3.回转关节等效精度优化

3.1 引言

3.2 多铰间隙机械臂精度的确定

3.3 多铰间隙机械臂三维建模

3.4 不同精度组合下运动特性分析

3.5 本章小结

4.铰间隙耦合致振下质量优化

4.1 引言

4.2 单间隙下杆件质量对碰撞的影响

4.3 多间隙下不同杆件质量分布的仿真

4.4 仿真结果及其分析

4.5 本章小结

5.参数优化前后机械臂运动特性对比

5.1 引言

5.2 优化模型的提出及其仿真

5.3 仿真结果及其分析

5.4本章小结

6.总结与展望

6.1 全文总结

6.2 未来展望

参 考 文 献

附录：攻读硕士学位期间发表的部分科研成果

致 谢