摘要
RP(Rotation-Parallel)型柔性机器人因具有高速、轻型、集成化等优点被广泛应用于工业生产，它由螺栓结合部、执行机构等关键部件组成。其中，螺栓结合部作为机械系统（移动基座和柔性臂杆）的连接部件，执行机构（电机和柔性臂杆）作为复杂的机电耦合系统，均对柔性操作臂的振动特性有着较大影响，而且螺栓结合部的存在进一步强化了系统间耦合效应，故研究RP型柔性机器人操作臂的振动特性具有十分重要的意义。 基于RP型柔性机器人结构特征构建其动力学模型。利用Hamilton变分原理，分别推导了柔性臂杆在旋转与直线两种运动下的动力学方程，并通过ADAMS对两种运动方式下柔性臂杆的振动特征进行了模拟分析。建立了RP型柔性机器人物理实验模型，对两种运动方式下柔性臂杆的振动特性进行实验检测并与虚拟样机的分析结果进行对比验证。 对柔性操作臂螺栓结合部振动特性进行研究。依据螺栓结合部的结构特征，采用弹簧单元对其进行等效建模，基于赫兹接触理论推导结合面载荷与刚度参数之间的理论计算公式。借助ANSYS探究螺栓预紧力、螺栓直径、螺栓组数目以及螺栓排列方式等对螺栓结合部固有频率和振型特性的影响规律，为研究不同结合条件下柔性臂杆的振动特性提供理论参考依据。 分析机械与电磁系统在互相耦合效应下柔性臂杆的振动特性。基于全局机电耦合效应与Lagrange-Maxwell推导了机电耦合系统动力学方程。利用虚拟仿真平台分析了电机输出端以及移动基座的速度特性，得到了机电耦合效应对机械系统振动特性的影响规律，并通过Matlab/Simulink与Adams/Controls实现了虚拟样机的联合仿真，分析了机电耦合效应下柔性臂杆的振动特性。 提出实验平台总体设计方案，采用STM32作为下位机，PC机作为上位机，JY61P加速度传感器用于振动信号检测，搭建了RP型柔性机器人操作臂物理实验平台。基于LabVIEW设计了振动数据信号采集程序和监控界面，根据实验数据分析了移动机座和柔性臂杆振动特性，验证了理论研究成果。
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