远中心柔顺机构弹性单元刚度建模研究.pdf

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1、第33卷2016年第5期上海AER()SPACE航天SHANGHAl57文章编号：10061630(2016)05005706远中心柔顺机构弹性单元刚度建模研究常晏宁1，王卓识1，王皓卜2(1．上海交通大学上海市复杂薄板数字化制造重点实验室，上海2002402．上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室，上海200240)摘要：为得到远中心柔顺机构(RCC)中常用的金属梁单元、层叠弹性单元(ESP)的刚度性能。在材料力学四个基本假设下，根据弹性变形原理，对单元末端建立金属梁刚度矩阵，并通过伴随变换进行解耦，得到其对角形式。对端部具铰链

2、梁单元、u副梁单元、球关节梁等不同运动副的单元进行刚度建模．给出铰链处的刚度矩阵，发现转动副处的刚度矩阵无法解耦．而U副和球副可解耦。建立了ESP弹性单元的刚度模型，发现在一端固定条件下，末端自由、添加U副和添加球副均利于形成RCC机构的解耦刚度性能。研究为RCC机构的设计提供了参考。关键词：远中心柔顺机构；刚度性能；梁单元；EsP单元；运动关节；刚度矩阵；伴随变换；解耦中图分类号：TP273文献标志码：ADOI：10．19328／j．cnki．1006一1630．2016．05．009ResearchonStiffnessMode

3、lingofElasticElementinRCCCHANGYan—nin91，WANGZhuo—shil，WANGHa01·2(1．ShanghaiKeyI。aboratoryofDigitalManufactureforThin—WalledStructures，ShanghaiJiaoTongUniversity．Shanghai200240，China；2．StateKeyI。aboratoryofMechanicalSystemandVibration。ShanghaiJiaoTongUniversity．Shanghai

4、200240，China)Abstract：Toobtainthestiffnessperformanceofthemetalbeamelementandelastomershearpad(ESP)elementincommonuseintheremotecentercompliance(RCC)，thestiffnessmatriceswerebuiltaccordingtotheprincipleofelasticdeformationandfourbasichypothesisinthetheoryofmaterialmech

5、anics．Thestiffnessmatriceswerebuiltattheendofeachelementanddec。upledthroughadjointtransformationandtheblock—diagonalformwerefinallyobtained．ThestiffnessmodelsoftheelasticelementwithdifferentiointsattheendwerealsobuiltandstiffnessmatricesfortheIocationofjointsweregiven．

6、Itisfoundthatstiffnessmatricesofuniversaljointandsphericaljointcanbedecoupled，wh订erevolutejointcannot．Therefore，whenthetwokindsofelasticelementsarefixedatoneend．thedecouplingstiffnessperformanccforRCCcanbeachievedwithnojoint．universaljointandsphericaljointattheotherend

7、．TheresearchoffersareferencetothedesignofRCC．Keywords：Remotecentercompliancc；Stiffnessperformance；Beamelement；ESPelcment；Movingjoint；Stiffnessmatrix；Adjointtransformation；Decoupling0引言RCC广泛用于自动化装配领域，远中心柔顺手腕使机器人具备一定的柔顺能力，可完成间隙为微米级的插销入孔装配作业[】。2j。柔性杆或具有铰链等结构的柔性杆是RCC装置常用的变

8、形结构，用于提供可观的被动顺应性能以保证轴孔插入装配有效进行。在插轴人孔装配操作任务中，柔顺中心位置的设置十分重要，因此需对RCC机构中的弹性单元刚度进行分析。3。RCC装置常用的弹性单元主要有金属梁单元、带多种铰链的金属梁单元，以及