混凝土泵车柔性臂架建模及逆动力学研究

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1、第7卷第1期中国工程机械学报V0I.7No.12009年3月CHINESEJOURNALOFCONSTRUCTIONMACHINERYMar.2009混凝土泵车柔性臂架建模及逆动力学研究郭大猛,刘杰,刘阔,刘登伟,凌学勤(1.东北大学机械工程与自动化学院,辽宁沈阳110004;2.中国有色集团沈阳冶金机械有限公司.辽宁沈阳110141)摘要:根据机器人理论和拉格朗日方程建立了混凝土泵车柔性臂架的动力学方程,并在完整考虑柔性坐标的基础上进行了逆动力学问题的求解.利用所得的数学模型进行了计算机仿真,给出了完成同一末端轨迹目标

2、时刚性模型和柔性模型所需要的驱动力.仿真结果表明建立柔性壁架模型是必要的,并为混凝土泵车机器人化和自动浇注奠定了基础.关键词:混凝土泵车;柔性臂架;逆动力学中图分类号:TB126.2文献标识码:A文章编号:1672—5581(2009)01—0013—07Modelingandreverse-dynamicalstudyonflexiblearm-flamesofconcretepumptrucksGUODa—meng,LIUJie,LIUKuo,LDeng-wei,LINGX一qin·(1.SchoolofMechan

3、icalEngineeringandAutomationNortheasternUniversity,Shengyang110004,Chinai2.ChinaNonferrousGroupShenyangMetallurgicalMechanicalCorporationLimited,Shenyang110141,China)Abstract:Inthisstudy,adynamicalfunctionforflexiblearm—framesofconcretepumptrucksisfirstes—tablish

4、edusingroboticsandLagrange’Sequation.Inaddition,thereversedynamicalproblemissolvedviaflexiblecoordinates.Then,acomputersimulationisconductedonthemathematicalmode1.Next,thedriv—ingforcesforrigidandflexiblearm—framesareobtainedbasedonthesameendingtrack.Finally,itis

5、foundfromthesimulationresultsthattheflexiblearmframemodelpavesavenuefortruckrobotizingandauto.maticpouring.Keywords:concretepumptrack;flexiblearm—frame;inversedynamics.混凝土泵车是1种用于混凝土浇注的大型工程机械.通过多节可折叠和旋转的臂架带动管道同时运动,将混凝土输送到指定的位置进行浇注[1.23.在结构上与具有多节臂的机器人相似,但是在混凝土泵车施工时

6、,臂架在运动过程中会出现大范围运动与弹性变形的耦合的现象,必须将其作为柔性体进行分析.因此,建立混凝土柔性臂架的动力学模型是对混凝土泵车机器人化从而实现自动浇注的基础.文献E33在进行柔性臂架建模时采用几何实体模型,因此不适合臂架的控制;文献E4J以多体动力学理论[。为#一一/。’H,、、基础,建立了刚柔耦合的动力学方程,没有进行逆动、士姊菩l●、力学求解,在计算正动力学问题时也是在忽略柔性■_蜜I缸1融/业牛钢胝砬、坐标的相关项,因此所得到的逆解是不完整的.辩.一本文以四节臂混凝土泵车臂架(图1)为研究对象,以机器人理

7、论和拉格朗日方程利用递推关系建图1四节臂混凝土泵车结构图立整个柔性臂架的动力学方程,并对所得到的刚柔Fig.1Structureoffouramconcretepumptruck作者简介:郭大(1980一),男,博士生,E-mail:guodamengC~sina.COrn14中国工程机械学报第7卷耦合的动力学方程在完整考虑柔性坐标的情况下进行逆动力学分析,为实现混凝土泵车无末端传感器控制奠定基础,并且为实现泵车的自动浇注提供了理论依据.1混凝土泵车柔性臂架的动力学方程为了研究方便,将油缸和连杆部分进行简化,把臂架模拟成

8、机器臂,只研究臂架转角与末端位置的关系.忽略臂架铰接处与液压缸连接处的摩擦,把液压缸的驱动力表示成驱动力矩,因此,可以根据机器人理论,运用拉格朗日方程和虚功原理建立泵车臂架的动力学方程.1.1柔性臂架任意一点在基坐标系中速度的表达式假设泵车的臂架都为均质杆,第i节臂杆长为£,质量为mi,臂杆的质心位于臂杆的几何中心,

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