組合柔性機械臂動力學特性與振動抑制性能的研究.pdf

1、為了抑制柔性機械臂的振動，論文提出將柔性機械臂做成組合結構型式，利用接觸面阻尼效應抑制柔性機械臂的振動。論文以疊層結構型式的單根組合柔性機械臂為對象，通過試驗、理論分析、有限元仿真等手段，研究組合柔性機械臂的靜、動力學特性，振動抑制能力，結構參數(shù)對其靜、動力學特性及抑振能力的影響、動力學建模、動力學模型參數(shù)識別以及運動微分方程的求解。為組合柔性機械臂振動抑制研究，減振設計與運動控制提供了理論依據(jù)和有效方法。論文的主要內容如下：
　

2、　 通過靜力彎曲試驗了解組合柔性懸臂梁力-變形特性和能量耗散特點，并根據(jù)接觸面作用機理作出了解釋。在對試驗結果分析、綜合的基礎上，將組合柔性臂力-變形曲線簡化為一雙折線模型，并用第一剛度k1、第二剛度k2、轉折點變形量yB三個特性參數(shù)描述其力學特征。給出了三種工況下組合柔性臂變形時的能量耗散率w計算式。討論了能量耗散率最大時組合柔性臂的變形狀態(tài)，并做了試驗驗證。
　　 通過大量試驗，研究了夾緊力、疊層剛度、疊層層數(shù)、疊層材質等

3、結構參數(shù)對組合柔性臂力-變形特性及能量耗散率的影響，從而提出了增加能量耗散率、減輕疊層質量的措施。這些研究結果為組合柔性機械臂的結構設計提供了理論依據(jù)。
　　 建立了組合柔性臂質量系統(tǒng)的三種動力學模型。根據(jù)Bernoulli-Euler梁理論，分析并建立主梁與疊層之間的變形關系，力作用關系，用Newton-Euler法推導出了組合柔性臂連續(xù)系統(tǒng)運動偏微分方程組。采用等效原理，將組合柔性臂組合層之間的相互作用等效為雙線性滯遲模型，

4、引入形函數(shù)表示組合柔性臂的變形，根據(jù)Hamilton原理建立組合柔性臂質量系統(tǒng)的集中參數(shù)模型。用接觸單元模擬組合層之間的相互作用，考慮大變形對組合柔性臂剛度的影響，建立組合柔性臂質量系統(tǒng)的有限元模型。
　　 通過組合柔性懸臂梁質量系統(tǒng)的自由振動試驗和激振試驗，證明了組合柔性臂對振動具有優(yōu)良的抑制效果。根據(jù)響應特點，將組合柔性臂質量系統(tǒng)的自由振動分為變頻快速衰減振動和微幅振動兩個階段。分析了兩個階段振動衰減的原因，制定了衡量振動衰

5、減的指標。
　　 通過大量試驗，研究了夾緊力、接觸面摩擦系數(shù)、疊層剛度、疊層層數(shù)、疊層材質、系統(tǒng)質量配置等結構參數(shù)對組合柔性臂質量系統(tǒng)抑振性能的影響。為組合柔性機械臂的減振性設計、研究提供了理論依據(jù)。
　　 應用有限元模型對組合柔性臂進行靜、動力學試驗數(shù)值仿真。仿真結果與試驗結果一致性好，能準確反映組合柔性臂動、靜力學特性，為組合柔性機械臂的減振性設計、研究提供了有效方法。
　　 用有限元仿真試驗，取代實物試驗，

6、對組合柔性臂質量系統(tǒng)進行動力學模型參數(shù)的識別。用四次多項式逼近組合柔性臂變形的形函數(shù)，并根據(jù)組合柔性臂有限元仿真試驗數(shù)據(jù)確定了組合梁的形函數(shù)。通過動態(tài)恢復力滯遲回線分解和最小二乘法確定了組合柔性臂質量系統(tǒng)集中參數(shù)動力學模型參數(shù)。
　　 研究了振幅與振動頻率對動力學模型參數(shù)的影響。研究結果表明，組合柔性臂質量系統(tǒng)動力學模型參數(shù)基本穩(wěn)定，為組合柔性臂質量系統(tǒng)動力學模型的應用提供了理論依據(jù)。
　　 用S函數(shù)編制了動態(tài)恢復力和三