本文關(guān)鍵詞：考慮減速機(jī)構(gòu)間隙的機(jī)械臂動力學(xué)建模分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

第49卷第15期 2013年8月

機(jī) 械 工 程 學(xué) 報

JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING

Vol.49 No.15 Aug. 2013

DOI：10.3901/JME.2013.15.015

考慮減速機(jī)構(gòu)間隙的機(jī)械臂動力學(xué)建模分析

盧劍偉 陳 昊 孫曉明 徐 燚

(合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院 合肥 230009)

摘要：對考慮行星齒輪減速機(jī)構(gòu)間隙的單桿機(jī)械臂動力學(xué)建模進(jìn)行討論，并分析間隙對系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)的影響。以采用行星齒輪減速機(jī)構(gòu)的單桿機(jī)械臂為研究對象，用二狀態(tài)模型描述齒輪間隙副接觸狀態(tài)，采用集中質(zhì)量法建立考慮間隙和時變嚙合剛度的行星齒輪減速機(jī)構(gòu)動力學(xué)模型，基于Euler-Bernoulli梁假設(shè)，根據(jù)假設(shè)模態(tài)法討論柔性機(jī)械臂的彈性變形，利用Lagrange方程建立系統(tǒng)的運(yùn)動微分方程，并用ADAMS多步積分方法對方程進(jìn)行求解。通過數(shù)值算例分析表明，考慮齒側(cè)間隙時，系統(tǒng)響應(yīng)的運(yùn)動形態(tài)會明顯改變，且隨著齒側(cè)間隙的增大，間隙產(chǎn)生的傳遞誤差對機(jī)械臂定位誤差的影響逐漸占主導(dǎo)作用。研究結(jié)果為進(jìn)一步提高機(jī)械臂的定位精度提供支持。 關(guān)鍵詞：行星齒輪 柔性機(jī)械臂 間隙 非線性動力學(xué) 中圖分類號：TH113

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Dynamic Modeling and Analysis of Robot Arm with Consideration of

Clearance in Gear Reducer

LU Jianwei CHEN Hao SUN Xiaoming XU Yi

(School of Mechanical and Automotive Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009)

Abstract：Dynamic modeling of single link robot arm with consideration of clearance in planetary gear reducer is discussed, and the influence of the clearance on dynamic response of the mechanism is analyzed. The contact state of gear pair is described with two-state model and the dynamic model of planetary gear reducer with consideration of clearance and time-varying meshing stiffness is built by adopting lumped mass method. Based on assumption of Euler-Bernoulli beam and the assumed mode method, the elastic deformation of the flexible robot arm is presented. Therefore, equations of motion (EOM) of the system are obtained based on Lagrange equation and the solution is carried out by using Adams variable step-size multistep integral method. The results indicate that the responses of the robot system change obviously when clearance in gear reducer is considered and the clearance become the dominant factor to influence the positioning precision of the robot arm with the increment of clearance. The results provide theoretical basis of improving the positioning precision of the robot arm.

Key words：Planetary gear Flexible robot arm Clearance Nonlinear dynamics

0 前言

近年來，隨著機(jī)械臂在精密機(jī)械制造、航空航天等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣，對機(jī)械臂定位精度等工作性能的要求也越來越高。機(jī)械臂動力學(xué)建模及分析是掌握機(jī)械臂動態(tài)響應(yīng)規(guī)律，提高其工作性能的重要步驟，國內(nèi)外學(xué)者在這一領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)行了大量研究。特別是近些年來，隨著非線性科學(xué)的發(fā)展，對機(jī)械臂結(jié)構(gòu)非線性環(huán)節(jié)的建模分析等相關(guān)研究也不* 國家自然科學(xué)基金(50975071)和教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計劃(NCET-10-0358)資助項目。20121115收到初稿，20130527收到修改稿

斷深入。例如，王磊等研究了機(jī)械臂剛?cè)狁詈系姆蔷�性特性及機(jī)械臂結(jié)構(gòu)參數(shù)變化對末端振動的影ISMAIL等分析了關(guān)節(jié)柔性與桿件柔性之間的響；

耦合關(guān)系；潘博等建立了考慮關(guān)節(jié)柔性和摩擦特性的機(jī)械臂動力學(xué)模型；文獻(xiàn)[4-5]利用假設(shè)模態(tài)法和Lagrange方程對柔性桿件進(jìn)行了動力學(xué)建模。

上述工作為進(jìn)一步完善機(jī)械臂建模分析等相關(guān)研究提供了很好的基礎(chǔ)。需要注意的是，機(jī)械臂減速關(guān)節(jié)中常用的行星齒輪機(jī)構(gòu)中，由于制造、裝配和潤滑等需要，齒輪嚙合間隙不可避免，而嚙合間隙可能導(dǎo)致機(jī)構(gòu)動力學(xué)響應(yīng)發(fā)生變化，進(jìn)而影響機(jī)械臂工作性能。為此，，本文以采用行星齒輪減速

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  本文關(guān)鍵詞：考慮減速機(jī)構(gòu)間隙的機(jī)械臂動力學(xué)建模分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。