柔性宏刚性微机械臂的动力学分析与参数优化
本文主要针对柔性宏刚性微机械臂建立了系统的动力学模型,并且验证了模型的正确性,对系统进行动力学分析以及尺度效应分析,通过分析结果,对柔性宏刚性微机械臂进行了参数优化,最后建立了柔性宏刚性微机械臂的实验台,将得到的实验结果与仿真结果进行对比,验证了仿真结果.首先,基于柔性多体动力学(FMD)方法,利用有限元法与拉格朗日第二方程,文中对柔性宏机械臂建立了系统动力学模型.在对刚性微机械臂建模时,将其视为一种特殊的柔性机械臂,并对其进行了一定的特殊处理,然后按照柔性宏机械臂的建模方法,对整个柔性宏刚性微机械臂建立了系统的动力学模型.再利用MATLAB仿真软件,针对两柔两刚柔性宏刚性微机械臂系统进行仿真,与动力学仿真软件RecurDyn仿真的结果对比,二者的末端轨迹与轨迹误差大致相同,即证明了所建立的系统动力学模型的正确性.其次,运用所提出的新的建模方法,对2F2R柔性宏刚性微机械臂的系统建立动力学模型.利用MATLAB仿真软件,对系统的运动参数进行了优化.首先给定系统的结构参数、物理参数和截面参数,再分别在给定系统的关节角运动和末端轨迹运动的情况下,改变系统的加速度进行仿真分析,系统的加速度分别采用等加速度型、摆线型和5次多项式型三种形式,得到了柔性宏刚性微机械臂系统的末端轨迹误差轨迹.比较三种情况下系统的末端轨迹误差,分析出了加速度对柔性宏刚性微机械臂系统的影响.然后给定系统的运动参数,固定其结构参数,改变物理参数和截面参数,得到在不同长度比、截面积比以及不同材质、不同运动轨迹的情况下系统的末端轨迹误差曲线,对这些误差轨迹曲线进行尺度效应分析,同时得到了在哪种情况下机械臂系统的误差最小,对柔性宏刚性微机械臂的结构参数进行优化.这些结论,对柔性宏刚性微机械臂的动力学特性与优化设计的进一步研究具有极其重要的意义与参考价值.最后,本文柔性宏刚性微机械臂系统的实验台进行了设计.详细说明了该实验台的基本构造和工作原理,并且对主要杆件进行了校核.利用MATLAB仿真软件,得到了柔性宏刚性微机械臂系统的末端轨迹误差,再与实验结果进行对比,验证了仿真结果的正确性.
- 作者：
- 王宇
- 学位授予单位：
- 东北石油大学
- 专业名称：
- 机械工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2015年
- 导师姓名：
- 高胜
- 中图分类号：
- TP241
- 关键词：
- 宏微机械臂；弹性机构；动力学特性；参数优化
- macro/micro-manipulator； flexible mechanism； kinetic characteristics； parameter optimization