（机械电子工程专业论文）串联多关节机械臂设计与分析

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1、华中科技大学硕士学位论文串联多关节机械臂设计与分析姓名：郭炬申请学位级别：硕士专业：机械电子工程指导教师：李世其;朱文革20080524华中科技大学硕士学位论文摘要随着机器人技术的不断发展，为了能更好地与环境进行交互、操纵物体、完成任务，对机械臂的结构设计提出了更高的指标，要求高的负载自重比，操作更加灵活，强稳定性和安全性等。对机器人做动力学分析的主要目的有两个：其一是用于优化控制，通过引入基于机器人动力学特性的控制规律，改善机器人控制的动态和静态品质，实现更精细的轨迹跟踪；其二是用于优化结构，一个合理设计的机器人系统应该具有尽可能轻的

2、非线性耦合性和采用恰如其分的驱动力。本文的任务是完成上述目标的基础性部分，即设计一种串联多关节机械臂，对机械臂的静力学、运动学、动力学等进行分析，优化机械臂的静态与动态特性。本文首先简单介绍串联多关节机械臂的原理，而后详细的阐述了机械臂的机械结构。为验证机械臂结构设计的合理性，我们利用CAE软件对关键部件进行了静力学分析。在初步设计的基础上，对机械臂的运动学、动力学进行了研究，推导了机械臂的运动学方程，推导了机械臂刚体模型的拉格朗日动力学方程。用ADAMS软件进行动态仿真，分析机械臂运动过程中的受力情况，为机械臂结构的优化提供数据。此外

3、，本文还研究了机械臂关节的柔性问题。分析了机械臂关节的柔性特性，讨论了在ADAMS中柔性关节的表示方法，分析了柔性关节机械臂的动力学特性。关键词:机械臂串联柔性关节运动学动力学I华中科技大学硕士学位论文AbstractWiththedevelopmentofrobotics,inordertocooperatewithenvironments,manageobjects,fulfilltasksandkeepupwiththeintelligenttrends,theeffectsofrobot’soperationalterminal

4、,suchasrobotarmandclawhavebeenmoreimportant.Themainsubjectsofstudyonrobotdynamicsshownastwo:Thefirstistooptimalcontrol,toimprovethedynamicandstaticqualityofrobotcontrol,andtoimplementefficientlytrajectorytrackingbasedonthecontrollogicofrobotdynamiccharacteristics;theseco

5、ndisstructureoptimization,areasonabledesignedrobotsystemshouldhaveaslightaspossiblenonlinearandcoupling,adoptthemostappropriatedrivingforce.Thebasicoftheabovegoalsshouldhavebeendoneinthispaper,designaserialmultiple-jointmanipulator,analyzingitskinematicsanddynamic.First,

6、thetheoryoftheserialmultiple-jointmanipulatorwouldbeintroduced.Andtheparticularoftheserialmultiple-jointmanipulatorwouldbeexpounded.Forvalidatetherationalityofthedesignofthemanipulator,thekeypartswouldbedesignedbyCAE.Baseonthedesign,theproblemofthekinematicsanddynamicoft

7、hemanipulatorshouldbesolved.SothekinematicscalculationandtheLagrangedynamiccalculationshouldcarryout.Makecorrespondingsimulationanalysis,analysistheforceofthemanipulatorwhenitrunning,foroptimizethemanipulator’sstructure.Atlast,theflexofthemanipulatorshouldbediscussed.The

8、seworkwouldbeaccomplished,analyzetheflexcharacteristicofthemanipulator’sjoint,analyzethewayofexpressthe