(卢剑伟,机械工程学报,2013)考虑减速机构间隙的机械臂动力学建模分析

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1、第49卷第15期机械工程学报Vol.49No.152013年8月JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGAug.2013DOI：10.3901/JME.2013.15.015*考虑减速机构间隙的机械臂动力学建模分析卢剑伟陈昊孙晓明徐燚(合肥工业大学机械与汽车工程学院合肥230009)摘要：对考虑行星齿轮减速机构间隙的单杆机械臂动力学建模进行讨论，并分析间隙对系统动态响应的影响。以采用行星齿轮减速机构的单杆机械臂为研究对象，用二状态模型描述齿轮间隙副接触状态，采用集中质量法建立考虑间隙和时变啮合刚度的行星齿轮减速机构动力学模型，基于Euler-Bernoull

2、i梁假设，根据假设模态法讨论柔性机械臂的弹性变形，利用Lagrange方程建立系统的运动微分方程，并用ADAMS多步积分方法对方程进行求解。通过数值算例分析表明，考虑齿侧间隙时，系统响应的运动形态会明显改变，且随着齿侧间隙的增大，间隙产生的传递误差对机械臂定位误差的影响逐渐占主导作用。研究结果为进一步提高机械臂的定位精度提供支持。关键词：行星齿轮柔性机械臂间隙非线性动力学中图分类号：TH113DynamicModelingandAnalysisofRobotArmwithConsiderationofClearanceinGearReducerLUJianweiCHENHaoS

3、UNXiaomingXUYi(SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering,HefeiUniversityofTechnology,Hefei230009)Abstract：Dynamicmodelingofsinglelinkrobotarmwithconsiderationofclearanceinplanetarygearreducerisdiscussed,andtheinfluenceoftheclearanceondynamicresponseofthemechanismisanalyzed.Thecontactstateof

4、gearpairisdescribedwithtwo-statemodelandthedynamicmodelofplanetarygearreducerwithconsiderationofclearanceandtime-varyingmeshingstiffnessisbuiltbyadoptinglumpedmassmethod.BasedonassumptionofEuler-Bernoullibeamandtheassumedmodemethod,theelasticdeformationoftheflexiblerobotarmispresented.Theref

5、ore,equationsofmotion(EOM)ofthesystemareobtainedbasedonLagrangeequationandthesolutioniscarriedoutbyusingAdamsvariablestep-sizemultistepintegralmethod.Theresultsindicatethattheresponsesoftherobotsystemchangeobviouslywhenclearanceingearreducerisconsideredandtheclearancebecomethedominantfactort

6、oinfluencethepositioningprecisionoftherobotarmwiththeincrementofclearance.Theresultsprovidetheoreticalbasisofimprovingthepositioningprecisionoftherobotarm.Keywords：PlanetarygearFlexiblerobotarmClearanceNonlineardynamics[1]断深入。例如，王磊等研究了机械臂刚柔耦合的*0前言非线性特性及机械臂结构参数变化对末端振动的影[2]响；ISMAIL等分析了关节柔性与杆件柔

7、性之间的近年来，随着机械臂在精密机械制造、航空航耦合关系；潘博等[3]建立了考虑关节柔性和摩擦特天等领域的应用越来越广，对机械臂定位精度等工性的机械臂动力学模型；文献[4-5]利用假设模态法作性能的要求也越来越高。机械臂动力学建模及分和Lagrange方程对柔性杆件进行了动力学建模。析是掌握机械臂动态响应规律，提高其工作性能的上述工作为进一步完善机械臂建模分析等相重要步骤，国内外学者在这一领域内进行了大量研关研究提供了很好的基础。需要注意的是，机械臂究。特别是近些年来，随着非线性科学的发展，