软体连续机械臂动力学建模与仿真

• 作者: 白争锋 孔清峰 赵起
• 来源期刊: 力学学报
• 学科: 工学
• 关键词: 软体机械臂 模态方法 能量 集中质量 动力学
• 年，卷（期）: 2022,（1）
• 所属期刊栏目: 动力学与控制|Dynamics, Vibration and Control
• 页码范围: 184-195
• 页数: 12页
• 分类号: TH113.2+2
• 语种: 中文
• DOI: 10.6052/0459-1879-21-481

摘要

由于软体机械臂的质量是沿臂的长度连续分布,因此采用拉格朗日方法建立软体机械臂的动力学模型时,涉及计算复杂的积分运算,采用离散化的集中质量模型降低了计算的复杂性,但准确性不足.为了提高软体机械臂动力学建模与仿真的准确度和计算效率,本文采用模态方法对软体机械臂进行运动学描述,并从能量的角度分析软体机械臂动力学特性,研究发现,角速度产生的转动动能计算复杂,影响动力学方程的求解效率.在给定条件下,占总动能的百分比不超过3％,对动力学结果影响很小,可以忽略.在此基础上,提出一种基于质心集中质量描述的软体机械臂动力学模型,该模型将软体机械臂的连续分布质量模型等效为位于质心的集中质量模型,利用统计的方法计算出动能等效系数,通过动能等效系数实现两种模型的动能匹配.仿真结果表明,与通常将集中质量放置在任意位置(例如,软体机械臂的中点或末端)的集中质量模型相比,该模型兼顾了连续分布质量模型的准确性,以及集中质量模型的计算高效性,能够准确、高效地获得软体机械臂的动力学特性,并且数值计算稳定.