1P5R柔性关节机械臂动力学分析与控制

机械臂控制系统的设计

机械臂控制系统的设计 1 引言 近年来，随着制造业在我国的高速发展，工业机器人技术也得到了迅速的发展。根据负载的大小可以将机械臂分为大型、中型、小型三类。大型机械臂主要用于搬运、码垛、装配等负载较重的场合；中小型机械臂主要用于焊接、喷漆、检测等负载较小的场合。随着国外工业机器人技术的不断发展，尤其是一些中小型机器人，它们具有体积小、质量轻、精度高、控制可靠的特点，甚至研发出更为轻巧的控制箱，可以在工作区域随时移动，这样大大方便了工作人员的操作。在工业机器人的应用中最常见的是六自由度的机械臂。它是由6个独立的旋转关节串联形成的一种工业机器人，每个关节都有各自独立的控制系统。 2机械臂硬件系统设计 2.1 机械臂构型的选择 要使机器臂的抓持器能够以准确的位置和姿态移动到给定点，这就要求机器人具有一定数量的自由度。机器臂的自由度是设计的关键参数，其数目应该与所要完成的任务相匹配。为了使安装在双轮自平衡机器人上的机械臂能够具有完善的功能，能够完成复杂的任务，将其自由度数目定为6个，这样抓持器就可以达到空间中的任意位姿，并且不会出现冗余问题。在确定自由度后，就可以合理的布置各关节来分配这些自由度了。 由于计算数值解远比封闭解费时，数值解很难用于实时控制，这样，后3个关节就确定了末端执行器的姿态，而前3个关节确定腕关节原点的位置。采用这种方法设计的机械臂可以认为是由定位结构及其后面串联的定向结构或手腕组成的。这样设计出来的机器人都具有封闭解。另外，定位结构都采用简单结构连杆转角为0或90°的形式，连杆长度可以不同，但是连杆偏距都为0，这样的结构会使推倒逆解时计算简单。 定位机构是涉及形式主要有以下几种：SCARA型机械臂，直角坐标型机械臂，圆柱坐标型机械臂，极坐标型机械臂，关节坐标型机械臂等。 SCARA机械臂是平面关节型，不能满足本文对机械臂周边3维空间任意抓取的要求；直角坐标型机械臂投影面积较大，工作空间小；极坐标方式需要线性移

三关节机械臂设计

南京工业大学学士学位论文 三关节机械臂及其控制系统设计 摘要 随着科技的不断进步，机械臂特别是仿人型机械臂的发展非常迅速。其在人们的日常生活，生产中开始扮演着不可或缺的角色。本文呈现的是一种仿人型机械臂，其主要特点在与多样化，简单化，直觉化的人机交互方式。将以往复杂的主从式操作，诸如摇杆控制等，转化为简单的触摸屏操作，同时辅佐以双目机器视觉，还可以实现通过人的手势来控制机械臂动作，实现了直觉化的控制。 为了能高效稳定地控制机械臂，本设计使用了双控制系统协同作业：下位控制系统使用嵌入式系统—ARM 微处理器（S3C2440 芯片）—实现机械臂的基本动作的控制封装，包括定位算法以及运动控制等；上位控制系统是在PC 上实现的，控制软件使用VC++ 6.0 编写，主要实现机器视觉的相关运算，并将运算结果通过串口通信，传递给下位系统—ARM 微处理器，并最终转换成机械臂的动作。 整个设计过程包含了底层的驱动硬件设计：舵机的选型与控制；机械结构设计：结构设计，负载校核；控制系统电路设计；上位，下位软件的编写：舵机的控制方式—PWM 脉宽调制，点定位算法，轨迹控制算法，机器视觉算法；还编写了3 维软件进行仿真：三维的投影算法，及贴面，光照，面的排序算法；并最终制作成实物进行演示，在末端装上笔之后，能够进行简单的书写。 关键字：触摸屏机器视觉嵌入式系统运动控制

Abstract Three joint mechanical arm and its control system design Abstract As technology advances, mechanical arm especially humanoid type of mechanical arm is developing fast. This paper presents a humanoid type of mechanical arm.Its main characteristics is multiple ,simple, intuitive man-machine interactive way.Touch screen control and machine version are introduced covering for complex operation ,such as joystick control. Mechanical arm is control by daily gestures which makes it much easier to use a mechanical arm. In order to control the mechanical arm stabily, this design uses the dual control system under coordinated assignments: one control system uses embedded system – ARM microprocessor (S3C2440 chip) - realizing the basic mechanical arm movement control encapsulation, including localization algorithm and motion control, etc.;Upper control system is on the PC platform, using vc + + 6.0 for software, realizing machine vision calculation, and will transmit results through serial communication, to lower level system -the ARM microprocessor, leading to mechanical arm movements The whole design process contains rock-bottom drive hardware design: steering gear selection and control; Mechanica l structure design structure design, load checking; Control system circuit design; Superior position software: steering gear -- PWM pulse width modulation, point positioning algorithm, trajectory control algorithm, machine vision algorithms; And finally make physical for demonstration realizing writing with pen loaded. Key words: Touch screen；Machine version；embedded systems

二自由度机械臂动力学分析培训资料

二自由度机械臂动力 学分析

平面二自由度机械臂动力学分析 姓名：黄辉龙 专业年级：13级机电 单位：汕头大学 摘要：机器臂是一个非线性的复杂动力学系统。动力学问题的求解比较困难，而且需要较长的运算时间，因此，这里主要对平面二自由度机械臂进行动力学研究。拉格朗日方程在多刚体系统动力学的应用方法分析平面二自由度机械臂的正向动力学。经过分析，得出平面二自由度机械臂的动力学方程，为后续更深入研究做铺垫。 关键字：平面二自由度 动力学方程 拉格朗日方程 相关介绍 机器人动力学的研究有牛顿-欧拉（Newton-Euler ）法、拉格朗日 (Langrange)法、高斯（Gauss ）法等，但一般在构建机器人动力学方程中，多采用牛顿-欧拉法及拉格朗日法。 欧拉方程又称牛顿-欧拉方程，应用欧拉方程建立机器人机构的动力学方程是指研究构件质心的运动使用牛顿方程，研究相对于构件质心的转动使用欧拉方程，欧拉方程表征了力、力矩、惯性张量和加速度之间的关系。 在机器人的动力学研究中，主要应用拉格朗日方程建立机器人的动力学方程，这类方程可直接表示为系统控制输入的函数，若采用齐次坐标，递推的拉格朗日方程也可以建立比较方便且有效的动力学方程。 在求解机器人动力学方程过程中，其问题有两类： 1)给出已知轨迹点上? ??θθθ、及、 ，即机器人关节位置、速度和加速度，求相应的关节力矩矢量τ。这对实现机器人动态控制是相当有用的。 2)已知关节驱动力矩，求机器人系统相应各瞬时的运动。也就是说，给出关节力矩矢量τ，求机器人所产生的运动? ??θθθ、及、 。这对模拟机器人的运动是非常有用的。 平面二自由度机械臂动力学方程分析及推导过程 1、机器人是结构复杂的连杆系统，一般采用齐次变换的方法，用拉格朗日方程建立其系统动力学方程，对其位姿和运动状态进行描述。机器人动力学方程的具体推导过程如下： 1) 选取坐标系，选定完全而且独立的广义关节变量n r ,,2,1,r ???=θ。 2) 选定相应关节上的广义力r F ：当r θ是位移变量时，r F 为力；当r θ是角度变量时，r F 为力矩。 3)求出机器人各构件的动能和势能，构造拉格朗日函数。 4) 代入拉格朗日方程求得机器人系统的动力学方程。 2、下面以图1所示说明机器人二自由度机械臂动力学方程的推导过程。

北京理工大学科技成果——一体化柔性关节及仿人柔性机械臂

北京理工大学科技成果——一体化柔性关节及仿人 柔性机械臂 成果简介 本项目研制的柔性一体化关节采用机电一体的模块化设计，具有高力矩稳定输出（输出力矩70Nm），高集成化（机构、驱动电路和通信模块集成于关节之中）、互换性好（肩、肘关节可直接替换）、可靠性高等特点，适合于大规模生产，可以降低机械臂成本，具有极大的市场推广价值。关节内部含有弹性环节，存在内在柔性，当与环境或人接触时，可以保证人不受伤害以及机械臂自身的安全性。同时，可以测量关节的输出力矩，获得比传统关节更好的力控制精度与稳定性。 本项目在柔性一体化关节的基础上研制了仿人柔性机械臂，该机械臂采用仿人类手臂的构型的结构设计，具有4个自由度（肩部3个，肘部1个），其长度与人类手臂长度相仿。通过阻抗控制技术可以使机械臂模拟出人类手臂可“柔”可“刚”的肌肉特性，从而使机械臂可以在非结构化环境中，安全地与环境和人类进行交互。该机械臂适于作为与人类接触使用的专用设备或者应用于服务型机器人和空间机器人领域。目前，项目组已将该机械臂应用于按摩治疗领域，并搭建出腰痛中医点按机器人平台。腰痛中医点按机器人可以逼真地模拟出医师完成点按揉、指揉、弹拨和推法4种按摩手法，假体实验和临床实验结果表明机器人与医师的按摩治疗效果相仿。 项目来源国家自然基金

技术领域信息技术 应用范围服务型机器人 现状特点国内领先、国际先进 柔性一体化关节 技术创新研制了具有内在柔性和力矩测量的一体化关节，可以通过该关节快速地搭建出仿人机械臂，使机械臂在完成作业的同时可以在非结构化环境中安全地与人类和环境进行交互，为机器人与人类和谐相处提供了新的解决方案。 仿人柔性机械臂 所在阶段原理样机

关节型机器人机械臂结构设计

本科毕业论文 关节型机器人 机械臂结构设计 姓名 学院机械工程学院 专业机械设计制造及其自动化指导教师 完成日期2012年5月

全日制本科生毕业设计（论文）承诺书 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文）关节型机器人机械臂结构设计是在导师的指导下，严格按照学校和学院的有关规定由本人独立完成。文中所引用的观点和参考资料均已标注并加以注释。论文研究过程中不存在抄袭他人研究成果和伪造相关数据等行为。如若出现任何侵犯他人知识产权等问题，本人愿意承担相关法律责任。 承诺人（签名）： 日期：

关节型机器人机械臂结构设计 摘要 随着现代科学技术的发展，机器人技术越来越受到广泛关注，在工业生产日益现代化的今天，机器人的使用变得越来越普及。因此，对于机器人技术的研究也变得越来越迫切，尤其是工业机器人方面。本论文针对工业机器人的工作领域特点，设计了一款拥有6个自由度的机械人，尤其针对机器人机械臂进行详细的设计，确定了其传动结构图，选择合适的电机，齿轮，液压缸，等各零部件。以及对各关节传动轴的设计和进行齿轮计算和校核完成其设计，该机器人具有刚性好，位置精度高、运行平稳的特点。 关键词：关节型机器人，6自由度，传动设计，零件计算校核

ARTICULATED ROBOT MANIPULATOR STRUCTURE DESIGN ABSTRACT With the development of modern science and technology, robotics, more and more attention in an increasingly modernized industrial production, the use of robots becoming more and more popular. Therefore, robotics has become increasingly urgent, especially industrial robots. For this area, the authors designed a robot with 6 degrees of freedom,especially for the detailed design of the robot arm,determine the transmission chart,thus select the appropriate motor,gear,hydraulic cylinder,and so on.And the design of the joint drive shaft and gear calculation and verification of completion of its design,the robot has a good rigidity,high positional accuracy and smooth run characteristics. KEYWORDS：articulated robot; 6 degrees of freedom; transmission design; parts calculation checking

工程机械臂系统结构动力学分析

工程机械臂系统结构动力学分析 发表时间：2019-06-18T10:03:50.107Z 来源：《科技新时代》2019年4期作者：张雷[导读] 工程机械臂架系统是工程机械设计的核心，优秀的设计对整个工作、生产都有极大的帮助。 安徽省矿业机电装备有限责任公司 235000 摘要 “十三五”以来，我国的机械制造业迅猛发展，自主创新能力不断提升，对国民经济的发展有这深远的意义。工程机械的作业环境恶劣，结构复杂，吨位大，技术是发展的关键。工程机械臂架是大型机械设计的关键，其合理性直接影响到机械的作业精准性。目前的技术下，各种工程机械臂灵活、高效，但复杂的工作环境很大程度上制约了其工作性能。因此，本研究对提升工程机械臂系统有着重大的意义。 关键词：工程机械臂，多体动力学，等效单元，动态优化一、理论概述 （一）多体动力学 多体动力学包括刚体系统动力学和柔体系统动力学。 图1 多刚体系统与多柔体系统关系（二）工程机械臂 工程机械臂架系统是工程机械设计的核心，优秀的设计对整个工作、生产都有极大的帮助。根据本人查阅的相关资料，目前的研究主要有以下几个方面： （1）工作机械臂系统的动力学微分方程建模该系统采用多体动力学的方法加墨，常用的方法有牛顿-欧拉方法、拉格朗日法等。（2）动力学仿真 采用动力学分析软件进行仿真，求解数值。常用软件有：MATLAB、Adams、ANSYS。（3）模态分析 机械结构的动态特征是通过振动模态参数判断的，包含了各阶频率、阻尼等。通过模态分析，得出各阶固有频率，对系统振型分析，得出优化结构设计。 （三）本研究对经济建设的意义“十三五”以来，我国的机械制造业迅猛发展，自主创新能力不断提升，对国民经济的发展有这深远的意义。工程机械的作业环境恶劣，结构复杂，吨位大，技术是发展的关键。工程机械臂架是大型机械设计的关键，其合理性直接影响到机械的作业精准性。目前的技术下，各种工程机械臂灵活、高效，但复杂的工作环境很大程度上制约了其工作性能。因此，本研究对提升工程机械臂系统有着重大的意义。其次，我国经济飞速反正，大型机械设备的租赁业务迅速萌芽，市场对工程机械的的需求急剧上升。市场大环境也为工程机械产品的革新提供了肥沃的土壤。 二、工程机械臂系统结构动力学分析多体动力系统对大型机械设备的意义重大，多体系统中包含了多刚体系统和柔性多体系统。机械臂的建模方法主要有牛顿-欧拉方法、凯恩方法等。工程机械臂动力学建模的等效有限元方法，是指用等效单元替代系统部件，从而代替真实运动系统。它可以大大减少人力分析工作。 （一）等效单元 将机构划分为多个单元，用集中质量和惯量表示。在任意外力作用下，有相同的运动状态。如果满足以上条件，广义惯量阵与原义无差别，则可以保证等效集中质量。构造单元的质量阵，其实并未真实分布，称为伪质量阵。（二）伪质量矩阵 对系统分析时，采用齐次坐标描述。

三关节机械臂设计

三关节机械臂及其控制系统设计 摘要 随着科技的不断进步，机械臂特别是仿人型机械臂的发展非常迅速。其在人们的日常生活，生产中开始扮演着不可或缺的角色。本文呈现的是一种仿人型机械臂，其主要特点在与多样化，简单化，直觉化的人机交互方式。将以往复杂的主从式操作，诸如摇杆控制等，转化为简单的触摸屏操作，同时辅佐以双目机器视觉，还可以实现通过人的手势来控制机械臂动作，实现了直觉化的控制。 为了能高效稳定地控制机械臂，本设计使用了双控制系统协同作业：下位控制系统使用嵌入式系统—ARM 微处理器（S3C2440 芯片）—实现机械臂的基本动作的控制封装，包括定位算法以及运动控制等；上位控制系统是在PC 上实现的，控制软件使用VC++ 6.0 编写，主要实现机器视觉的相关运算，并将运算结果通过串口通信，传递给下位系统—ARM 微处理器，并最终转换成机械臂的动作。 整个设计过程包含了底层的驱动硬件设计：舵机的选型与控制；机械结构设计：结构设计，负载校核；控制系统电路设计；上位，下位软件的编写：舵机的控制方式—PWM 脉宽调制，点定位算法，轨迹控制算法，机器视觉算法；还编写了3 维软件进行仿真：三维的投影算法，及贴面，光照，面的排序算法；并最终制作成实物进行演示，在末端装上笔之后，能够进行简单的书写。 关键字：触摸屏机器视觉嵌入式系统运动控制

. Three joint mechanical arm and its control system design Abstract As technology advances, mechanical arm especially humanoid type of mechanical arm is developing fast. This paper presents a humanoid type of mechanical arm.Its main characteristics is multiple ,simple, intuitive man-machine interactive way.Touch screen control and machine version are introduced covering for complex operation ,such as joystick control. Mechanical arm is control by daily gestures which makes it much easier to use a mechanical arm. In order to control the mechanical arm stabily, this design uses the dual control system under coordinated assignments: one control system uses embedded system – ARM microprocessor (S3C2440 chip) - realizing the basic mechanical arm movement control encapsulation, including localization algorithm and motion control, etc.;Upper control system is on the PC platform, using vc + + 6.0 for software, realizing machine vision calculation, and will transmit results through serial communication, to lower level system -the ARM microprocessor, leading to mechanical arm movements The whole design process contains rock-bottom drive hardware design: steering gear selection and control; Mechanica l structure design structure design, load checking; Control system circuit design; Superior position software: steering gear -- PWM pulse width modulation, point positioning algorithm, trajectory control algorithm, machine vision algorithms; And finally make physical for demonstration realizing writing with pen loaded. Key words: Touch screen；Machine version；embedded systems

机器人机械臂运动学分析

平面二自由度机械臂动力学分析 [摘要] 机器臂是一个非线性的复杂动力学系统。动力学问题的求解比较困难，而且需要较长的运算时间，因此，这里主要对平面二自由度机械臂进行动力学研究。本文采用拉格朗日方程在多刚体系统动力学的应用方法分析平面二自由度机械臂的正向动力学。经过研究得出平面二自由度机械臂的动力学方程，为后续更深入研究做铺垫。 [关键字] 平面二自由度 一、介绍 机器人是一个非线性的复杂动力学系统。动力学问题的求解比较困难，而且需要较长的运算时间，因此，简化解的过程，最大限度地减少工业机器人动力学在线计算的时间是一个受到关注的研究课题。 机器人动力学问题有两类： (1) 给出已知的轨迹点上的，即机器人关节位置、速度和加速度，求相应的关节力矩向量Q r。这对实现机器人动态控制是相当有用的。 (2) 已知关节驱动力矩，求机器人系统相应的各瞬时的运动。也就是说，给出关节力矩向量τ，求机器人所产生的运动。这对模拟机器人的运动是非常有用的。 二、二自由度机器臂动力学方程的推导过程 机器人是结构复杂的连杆系统，一般采用齐次变换的方法，用拉格朗日方程建立其系统动力学方程，对其位姿和运动状态进行描述。机器人动力学方程的具体推导过程如下： (1) 选取坐标系，选定完全而且独立的广义关节变量θr ，r=1, 2,…, n。 (2) 选定相应关节上的广义力F r：当θr是位移变量时，F r为力；当θr是角度变量时， F r为力矩。 (3) 求出机器人各构件的动能和势能，构造拉格朗日函数。 (4) 代入拉格朗日方程求得机器人系统的动力学方程。 下面以图1所示说明机器人二自由度机械臂动力学方程的推导过程。 1、分别求出两杆的动能和势能

柔性关节机械臂刚度的研究

龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/b55882372.html, 柔性关节机械臂刚度的研究 作者：贾士周 来源：《科技风》2017年第07期 摘要：随着科学技术的不断发展，柔性关节机械臂在我国各领域的应用范围也在不断扩大，而质量轻、体积小、能耗低等优点则是其快速发展的落脚点所在，为此本文就柔性关节机械臂刚度展开了具体研究，希望这一研究内容能够柔性关节机械臂的刚度优化带来一定启发。具备质量轻、体积小、能耗低等优点。 关键词：柔性关节机械臂；刚度；计算 结合人类社会的各种生产活动不难发现，柔性关节机械臂已经开始在多个领域实现世界范围内的广泛应用，机械加工、航天科技、焊接、农业机械等领域的柔性关节机械臂应用都属于这一应用的具体表现，而为了保证这种应用能够更好服务于我国经济与社会发展，正是本文就柔性关节机械臂刚度展开具体研究的原因所在。 1 柔性关节机械臂概述 对于柔性关节机械臂来说，其本身是为了较好满足柔性型机器人发展需求而诞生的，而结合柔性关节机械臂的相关定义，我们可以将柔性关节机械臂划分为弹性材料机械臂连杆柔性关节机械臂、刚性构成机械臂连杆柔性关节机械臂两种，本文的研究对象为刚性构成机械臂连杆柔性关节机械臂。对于本文所研究的柔性关节机械臂来说，谐波齿轮减速器和力矩传感器的应用是其柔性实现的主要原因，而想要保证柔性关节机械臂能够较好服务于相关柔性机器人，我们就必须重视柔性关节机械臂的刚度[ 1 ]。 对于很多领域的柔性关节机械臂来说，刚度是其主要结构技术指标，而这种刚度的保证则能够为柔性关节机械臂的动态耦合效应减轻、载荷与动应力降低带来较为有力的支持，不过由于一些应用于特殊领域的柔性关节机械臂本身对于质量有着较为严格的要求，这就使得很多时候柔性关节机械臂的刚度与质量要求往往不能够得到同时满足，这种情况下我们就需要进行这类柔性关节机械臂的刚度研究，并通过相关计算保证柔性关节机械臂的刚度能够得到较好优化[ 2 ]。 2 关节刚度计算 在本文就柔性关节机械臂刚度展开的研究中，笔者选择了安装在航天器外部的空间机械臂作为研究对象，这一柔性关节机械臂本身由关节、臂杆和前端执行器构成，配置有6个转动自由度且每个自由度设置为一个关节，肩部、肘部与腕部是这一关节的主要设置位置。而对于这类柔性关节机械臂的关节来说，电机与谐波减速器是其关节的具体构成，而为了较好就这一柔

关节型机器人机械臂结构设计

《认识平行四边形》说课稿 大家好!今天我要为大家讲的课题是《认识平行四边形》。首先，我对本节教材进行简单分析: 一、说教材 1、教材地位分析 《认识平行四边形》是义务教育课程标准实验教科书（苏教版）数学四年级下册的内容，是“平行四边形和梯形”的第一课时。这节课是在学生已经直观认识平行四边形，初步掌握了长方形、正方形的特征及垂直概念的基础上，通过一系列的探究实践活动继续认识平行四边形的特性、底和高，为以后学习平行四边形面积打基础，有利于提高学生动手能力，增强创新意识，进一步发展学生对“空间与图形”的学习兴趣。 2、教学目标 根据上述教材分析，考虑到学生已有的认知结构心理特征，我将本课的教学目标定为以下几点： 知识目标：使学生在图形具体的活动中认识平行四边形，知道它的基本特征；能正确判断平行四边形；认识平行四边形的底和高，能正确测量和画出它的高。 能力目标：使学生在观察、操作、比较、判断等活动中，经历探索平行四边形的基本特征的过程，进一步积累认识图形的经验，发展空间观念。 情感目标：使学生体会平行四边形在生活中的广泛应用，培养数学应用意识，增强认识平面图形的兴趣。 3、重点，难点 本着课程标准，在吃透教材的基础上，我确立了如下的教学重点、难点： 重点：掌握平行四边形的特征；认识平行四边形的底和高；会测量平行四边形底所对应的高。 难点：会画平行四边形底所对应的高。 二、说教法 新课标指出教无定法，贵在得法，就是教学活动必须建立在学生的认知发展水平和已有的知识经验基础之上。因此本节课，我将以学生为主体，发挥教师的组织、引导与合作的作用，运用以下教法组织教学： 1 1、直观演示法。 凡是需要知道的事物，都要通过事物本身来进行教学，由于小学阶段的学生的逻辑思维仍须以具体形象为支柱，所以在教学中我选用了长方形框架教具演示长方形渐变为平行四边形的过程、用各种生活中常见的图片使学生感知平行四边形。这样不仅把数学的抽象概念形象化了，而且还发展了学生的观察能力和思维能力。 2、活动体验法。 《课标》指出：“学生是数学学习的主人，教师是数学学习的组织者、引导者与合作者。”学生只有亲身经历知识的形成，才能真正理解知识和运用知识。在本节课中，通过“感知-猜想－操作－测量－演示－验证－结论”等一系列“做数学”的活动，让学生在体验中学会探究、学会创造。既锻炼了学生的动手操作能力，也使学生在学到数学知识的同时还体验到了成功的喜悦。 三、说学法

机械臂关节控制系统及轨迹规划研究

机械臂关节控制系统及轨迹规划研究 【摘要】关节是机械臂中相当核心的构成要素之一，其在整个机械臂的运动过程当中，需要完成的动作包括：动力产生、动力传递、运动精度控制、运动平稳性控制、以及运动安全性控制这几个方面。在当前技术条件支持下，机械臂关节部分的主要构成元素涉及到以下几个方面：其一为建立在电机基础之上的动力源，其二为行星齿轮或谐波齿轮所构成的传动装置，其三为位置传感器装置，其四为限速管理装置，其五为数据采集与处理电路，其六为驱动电路，其七为运动轴系部分。文章以机械臂关节控制作为研究视角，首先分析了在考虑柔性系统概念下的机械臂关节控制系统控制要点，进而简要分析了几类有关机械臂关节轨迹跟踪规划的技术方法，希望以上问题能够引起各方工作人员的高度关注与重视。 【关键词】机械臂；关节；控制系统；轨迹规划 本文在对柔性系统影响下，机械臂关节控制系统要点进行分析的同时，探讨了机械臂关节轨迹规划的主要方法，具体研究如下： 1．机械臂关节控制系统动力学建模分析 在本文针对机械臂关节控制系统数学模型进行构建与分析的过程当中，主要借助的技术方法有两个方面，其一为牛顿-欧拉分析方法，其二为拉格朗日分析方法。前者为作用力的平衡研究方法，需要从运动学的视角上入手，求解被分析对象在运动过程当中加速度水平，对内力作用予以消除。后者为建立在能量平衡基础之上的分析方法，仅需要完成对加速度的分析工作，省略对内力作用问题的分析。因此，在机械臂关节控制系统力学分析中更具优势。对于机械臂关节控制系统而言，在拉格朗日方法下所构建的方程主要与以下影响因素相关：其一为动能取值，其二为位能取值，其三为整个机械臂控制系统所对应的广义坐标，其四为整个机械臂控制系统所对应的广义速度；其五为与广义坐标相对应的广义力；其六为与广义坐标相对应的广义力矩取值。下图（见图1）即为双连杆刚性机械臂所对应的坐标示意图。 图1：双连杆刚性机械臂坐标示意图 结合图1来看，假定整个双连杆机械臂关节控制系统以正常状态运行，且运行期间所对应的转矩作用力为t1~2，质量为m1~2，以连杆末端点质量表示，长度取值为，l1~2。 根据动力学建模分析认为：整个机械臂关节传动系统的主要组成部分包括谐波齿轮减速器以及伺服电机两个方面。为了利用拉格朗日方法推定机械臂关节控制所对应的动力学方程，就需要结合机械臂关节控制系统的实际运行状态，明确

二自由度机械臂动力学分析

平面二自由度机械臂动力学分析 姓名：黄辉龙 专业年级：13级机电 单位：汕头大学 摘要：机器臂是一个非线性的复杂动力学系统。动力学问题的求解比较困难，而且需要较长的运算时间，因此，这里主要对平面二自由度机械臂进行动力学研究。拉格朗日方程在多刚体系统动力学的应用方法分析平面二自由度机械臂的正向动力学。经过分析，得出平面二自由度机械臂的动力学方程，为后续更深入研究做铺垫。 关键字：平面二自由度 动力学方程 拉格朗日方程 相关介绍 机器人动力学的研究有牛顿-欧拉（Newton-Euler ）法、拉格朗日(Langrange)法、高斯（Gauss ）法等，但一般在构建机器人动力学方程中，多采用牛顿-欧拉法及拉格朗日法。 欧拉方程又称牛顿-欧拉方程，应用欧拉方程建立机器人机构的动力学方程是指研究构件质心的运动使用牛顿方程，研究相对于构件质心的转动使用欧拉方程，欧拉方程表征了力、力矩、惯性张量和加速度之间的关系。 在机器人的动力学研究中，主要应用拉格朗日方程建立机器人的动力学方程，这类方程可直接表示为系统控制输入的函数，若采用齐次坐标，递推的拉格朗日方程也可以建立比较方便且有效的动力学方程。 在求解机器人动力学方程过程中，其问题有两类： 1)给出已知轨迹点上? ??θθθ、及、 ，即机器人关节位置、速度和加速度，求相应的关节力矩矢量τ。这对实现机器人动态控制是相当有用的。 2)已知关节驱动力矩，求机器人系统相应各瞬时的运动。也就是说，给出关节力矩矢量τ，求机器人所产生的运动? ??θθθ、及、 。这对模拟机器人的运动是非常有用的。 平面二自由度机械臂动力学方程分析及推导过程 1、机器人是结构复杂的连杆系统，一般采用齐次变换的方法，用拉格朗日方程建立其系统动力学方程，对其位姿和运动状态进行描述。机器人动力学方程的具体推导过程如下： 1) 选取坐标系，选定完全而且独立的广义关节变量n r ,,2,1,r ???=θ。 2) 选定相应关节上的广义力r F ：当r θ是位移变量时，r F 为力；当r θ是角度变量时，r F 为力矩。 3)求出机器人各构件的动能和势能，构造拉格朗日函数。 4) 代入拉格朗日方程求得机器人系统的动力学方程。 2、下面以图1所示说明机器人二自由度机械臂动力学方程的推导过程。

机械系统动力学

《机械系统动力学》 机械系统动力学中分析中的 仿真前沿 学院：机械工程学院 专业：机制一班 姓名：董正凯 学号：S12080201006

摘要 计算机及其相应技术的发展为建立机械系统仿真提供了一个有效的手段，机械系统动力学中的许多难题均可以采用仿真技术来解决，本文主要讲述了目前在机械系统动力学的分析中仿真技术主要的研究重点及其研究中主要存在的问题。 关键词：机械系统动力学仿真系统建模

机械系统动力学中分析中的仿真前沿 机械专业既是一个传统的专业，又是一个不断融合新技术、不断创新的专业。随着科技的发展，计算机仿真技术越来越广泛地应用在各个领域。基于多体系统动力学的机械系统动力学分析与仿真技术，从二十世纪七十年代开始吸引了众多研究者，已解决了自动化建模和求解问题的基础理论问题，并于八十年代形成了一系列商业化软件，到了九十年代，机械系统动力学分析与仿真技术更已能成熟应用于工业界。 目前的研究重点表现在以下几个方面： （1）柔性多体系统动力学的建模理论 多刚体系统的建模理论已经成熟，目前柔性多体系统的建模成了一个研究热点，柔性多体系统动力学由于本身既存在大范围的刚体运动又存在弹性变形运动，因而其与有限元分析方法及多刚体力学分析方法有密切关系。事实上，绝对的刚体运动不存在，绝对的弹性动力学问题在工程实际中也少见，实际工程问题严格说都是柔性多体动力学问题，只不过为了问题的简化容易求解，不得不化简为多刚体动力学问题、结构动力学问题来处理。然而这给使用者带来了不便，同一个问题必须利用两种分析方法处理。大多商用软件系统采用的浮动标架法对处理小变形部件的柔性系统较为有效，对包含大变形部件的柔体多体系统会产生较大仿真分析误差甚至完全错误的仿真结论。最近提出的绝对节点坐标方法，是对有限元技术的拓展和较大创新，在常规有限元中梁单元、板壳单元采用节点微小转动作为节点坐标，因而不能精确描述刚体运动。绝对节点坐标法则采用节点位移和节点斜率作为节点坐标，其形函数可以描述任意刚体位移。利用这种方法梁和板壳可以看作是等参单元，系统的质量阵为一常数阵，然而其刚度阵为强非线性阵，这与浮动标架法有截然不同的区别。这种方法已成功应用于手术线的大变形仿真中。寻求有限元分析与多刚体力学的统一近年来成为多体动力学分析的一个研究热点，绝对节点坐标法在这方面有极大的潜力，可以说绝对节点坐标法是柔性多体力学发展的一个重要进展。另外，各种柔性多体的分析方法之间是否存在某种互推关系也引起了人们的注意，如两个主要分析方法：浮动标架法、绝对节点坐标法之间是否可以互推？这些都具有重大理论意义。 另外柔性多体系统动力学中由于大范围的刚体运动与弹性变形运动相互耦合，采用浮动标架法时，即便是小变形问题，由于处于高速旋转仍会产生动力刚化现象。如果仅仅采用小变形理论，将产生错误的结论，必须计及动力刚化效应。动力刚化现象已成为柔性多体动力学的一个重要研究方面。如何利用简单的补偿方法来考虑动力刚化是问题的关键。 柔性多体系统动力学中关于柔性体的离散化表达存在三种形式：基于有限元分析的模态表达，基于试验模态分析的模态表达和基于有限元节点坐标的有限元列式。有限元列式由于大大地增加了系统的求解规模使其应用受到限制，因而一般采用模态分析方法，对模态进行模态截断、模态综合，从而缩减系统的求解规模。为了保证求解精度，同时又能提高求解速度如何进行模态截断、模态综合就成了一个关键问题。再者如何充分利用试验模态分析的结果也是一个关键性研究课题，这一方面的研究还不够深入。 柔性多体系统动力学可以计算出每一时刻的弹性位移，通过计算应变可计算计算出应力。由于一般的多柔体分析程序不具备有限元分析功能，因而柔性体的应力分析都是由有限元程序处理。由于可以计算出每个柔性体的应力的变化历

机械系统动力学作业---平面二自由度机械臂运动学分析

机械系统动力学作业---平面二自由度机械臂运动学分 析 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII

平面二自由度机械臂动力学分析 [摘要] 机器臂是一个非线性的复杂动力学系统。动力学问题的求解比较困难，而且需要较长的运算时间，因此，这里主要对平面二自由度机械臂进行动力学研究。本文采用拉格朗日方程在多刚体系统动力学的应用方法分析平面二自由度机械臂的正向动力学。经过研究得出平面二自由度机械臂的动力学方程，为后续更深入研究做铺垫。 [关键字] 平面二自由度机械臂动力学拉格朗日方程 一、介绍 机器人是一个非线性的复杂动力学系统。动力学问题的求解比较困难，而且需要较长的运算时间，因此，简化解的过程，最大限度地减少工业机器人动力学在线计算的时间是一个受到关注的研究课题。 机器人动力学问题有两类： (1) 给出已知的轨迹点上的，即机器人关节位置、速度和加速度，求相应的关节力矩向量Q r。这对实现机器人动态控制是相当有用的。 (2) 已知关节驱动力矩，求机器人系统相应的各瞬时的运动。也就是说，给出关节力矩向量τ，求机器人所产生的运动。这对模拟机器人的运动是非常有用的。 二、二自由度机器臂动力学方程的推导过程 机器人是结构复杂的连杆系统，一般采用齐次变换的方法，用拉格朗日方程建立其系统动力学方程，对其位姿和运动状态进行描述。机器人动力学方程的具体推导过程如下： (1) 选取坐标系，选定完全而且独立的广义关节变量θr ，r=1, 2,…, n。 (2) 选定相应关节上的广义力F r：当θr是位移变量时，F r为力；当θr是角度变量时， F r为力矩。 (3) 求出机器人各构件的动能和势能，构造拉格朗日函数。 (4) 代入拉格朗日方程求得机器人系统的动力学方程。 下面以图1所示说明机器人二自由度机械臂动力学方程的推导过程。

六自由度柔性机械臂的结构设计毕业设计论文

中国计量学院 本科毕业设计（论文） 六自由度柔性机械臂的结构设计Structure Design of Six-degree of freedom Flexible Mechanical Arms

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：

郑重声明 本人呈交的毕业设计论文，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本学位论文的知识产权归属于培养单位。 学生签名：日期：

分类号：TH721 密级：公开 UDC：62 学校代码：10356 中国计量学院 本科毕业设计（论文）六自由度柔性机械臂的结构设计 Structure Design of Six-degree of freedom Flexible Mechanical Arms 申请学位工学学士指导教师 学科专业机械电子工程培养单位中国计量学院 答辩委员会主席评阅人 2011 年 6 月

机械系统动力学仿真软件ADAMS培训教程

机械系统动力学仿真软件ADAMS培训教程（1周时间） 一机械系统动力学方程基础 以闭环矢量法为例，介绍平面机构的运动学方程推导，瞬态动力学方程求解，方程组装及在Matlab/simulink模块中的实现，让学生对动力学求解有一个感性的认识。 教学内容： 1.1 机构动力学分析。四杆机构，杆长分别为L1,L2,L3和L4, 其中，L3为机架，L1为匀速转动的原动件，杆L4受到一恒定的扭矩T的作用。求各杆的运动和受力。（图中的杆均为均质杆，质量为mi,转动惯量为Ii，i=1,2,3….） 1.2 画出上式的Matlab/Simulink仿真框图（10分） 1.3 编写S函数，并在Simulink中调试实现 使用知识：超越方程的求解，牛顿—莱布尼兹迭代法，相容性检测（位移，速度），任意点的运动信息输出 练习：曲柄滑块机构，从方程推导、矩阵方程组装，流程图，编程实现

二ADAMS软件工程介绍及机构动力学仿真 介绍ADAMS软件的功能，几何模型建立方法和第三方CAD模型导入技巧，材料属性配置，运动副、驱动和载荷的创建，仿真计算参数设置及计算结果后处理。介绍弹簧模型、接触模型和轮胎路谱模型（如果有车辆专业学员的话），凸轮副，齿轮模型等常用模型的仿真。 准备内容：机构三维几何模型，最好还有凸轮，齿轮等常用运动副。 介绍模型的构成，建模方法（含几何模型导入技巧），各种运动副、载荷的施加，接触模型参数设置，学会常见机构动力学分析，结果后处理，包括常用的各种测量的使用。 练习：常规运动，接触，轮胎路谱模型的应用，结果后处理。 三模型参数化，灵敏度分析及优化设计研究 介绍ADAMS的设计变量定义，常用函数的使用，模型形状、尺寸、材料参数化和位置方向参数化，建立各种状态变量、约束和目标函数的测量，进行灵敏度分析和优化设计研究，改进模型的设计。 参数优化几何建模，参数化材料特性、单元属性，本构关系参数。目标函数，约束的建立，灵敏度分析、优化求解参数设定。 练习：机构优化；减振系统优化；