含铰间隙机器人摆臂扰动工况下的动态响应分析

摘要

随着科技的快速发展，机器人直接影响着人们生活的各个领域。通常，机器人都是在运动副的相互连接下组成的一个多体系统，而运动副所含的间隙不仅会使定位出现偏差，还会导致两元素发生冲击碰撞，直接影响机器人的稳定性和可靠性。因此，考虑铰间隙所导致的接触碰撞效应，开展机器人动力学特性的研究，对机器人系统动态特性的提高具有重要的意义。
　　本文以ABB机器人系统作为研究对象，抽取其分析模型，并利用虚拟样机技术进行仿真实验，分析由于铰间隙的存在对机器人定位精度和稳定性的影响，最终得到的结果亦可为制造业的实际生产和完善提供参考依据。
　　本文进行的主要工作有以下几方面：
　　（1）为研究含间隙机器人动力学问题，本文在多刚体动力学模型基础之上，通过对铰间隙结构的分析，采用非线性等效弹簧阻尼模型及 Coulomb摩擦模型建立间隙处的接触碰撞模型和摩擦模型，并嵌入到多体系统动力学模型，建立了含间隙的多体动力学数学模型。
　　（2）针对ABB机器人，通过D-H矩阵法创建机器人的坐标系系统，结合含间隙多体动力学数学模型建立了ABB机器人的动力学模型。然后基于虚拟样机技术建立机器人仿真模型进行实验分析，并与理想情况下的动力学响应进行对比，发现间隙的存在对机器人末端位移和速度影响并不明显，但是对加速度影响较大。
　　（3）为进一步研究不同间隙对机器人动态响应的影响，本文采取不同设计精度下带来的不同铰间隙进行分析比较，发现精度过高时碰撞频率较大，而在精度过低时碰撞力较大。因此，最后得到一个较为适合该模型的设计精度为IT8。
　　（4）针对含间隙机器人在间隙处发生了接触碰撞问题，本文运用Adams/Vibration振动分析模块对含间隙机器人作了振动模态分析。研究了各阶振型及其振动特性，得到了对应的频率值，为避免在其共振频率附近工作提供了参数依据，为整体响应分析提供了重要的模态参数，同时也为改进机器人的结构设计提供了一定的理论依据。

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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

1.2本文的研究方法及可行性分析

1.3本文的研究内容、预期目标和成果

2 间隙机构动力学理论的研究

2.1 铰间隙的描述

2.2 间隙接触碰撞力分析

2.3 间隙摩擦力分析

2.4 含间隙多体动力学建模

2.5 本章小结

3 间隙机器人摆臂的动力学建模及仿真分析

3.1 含间隙机器人动力学建模

3.2 实验模型建立

3.3 动力学仿真计算及特性分析

3.4 本章小结

4 含铰间隙机器人的振动分析

4.1 Adams/Vibration 振动模块

4.2机器人的振动仿真分析

4.3 模型优化

4.4 本章小结

5 总结与展望

5.1全文总结

5.2未来展望

参考文献

附录：攻读硕士学位期间发表的部分学术论著及科研项目

致谢