柔性铰柔性杆机器人动力学建模、仿真和控制

方五益; 郭晛; 黎亮; 章定国

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本文探究了铰柔性对机器人动力学响应和动力学控制的影响.首先,建立由n个柔性铰和n个柔性杆组成的空间机器人模型,运用递推拉格朗日动力学方法,得到柔性机器人系统的刚柔耦合动力学方程.在动力学建模过程中,除了考虑杆件的拉伸变形、弯曲变形、扭转变形以及非线性耦合变形对机器人系统动力学行为的影响,还考虑了铰的柔性对机器人动力学响应和控制的影响.其中,柔性铰模型是基于Spong的柔性关节简化模型,将柔性铰看成线性扭转弹簧,不仅考虑了铰阻尼的存在,还考虑了柔性铰的质量效应.其次,编写了空间柔性铰柔性杆机器人仿真程序,研究铰的刚度系数和阻尼系数对系统动力学响应的影响.研究表明:随着柔性铰刚度系数的增大,柔性机器人的动态响应幅值减小,振动频率变大.随着柔性铰阻尼系数的增大,柔性机器人的动态响应幅值减小,振动幅值的衰减速度变快.可通过调节柔性铰的刚度和阻尼来减小柔性铰柔性杆机器人的振动,因此铰阻尼的研究具有重要工程意义.最后,研究了铰柔性在机器人系统动力学控制中的影响.在刚性铰机械臂和柔性铰机械臂完成相同圆周运动时,通过逆动力学方法求解得到两种情况下的关节驱动力矩.研究表明:引入柔性铰会使控制所需的驱动力矩变小,对机器人控制的影响显著.

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来源
《力学学报》 |2020年第4期|965-974|共10页
作者
方五益; 郭晛; 黎亮; 章定国;
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作者单位

南京理工大学理学院南京210094;

南京理工大学理学院南京210094;

南京理工大学理学院南京210094;

南京理工大学理学院南京210094;

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原文格式 PDF
正文语种 chi
中图分类动力学;
关键词
柔性铰; 柔性杆; 刚度; 阻尼; 动力学控制;

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