与结构尺寸关联的变截面机械臂连杆刚度建模方法技术

本发明专利技术涉及一种与结构尺寸关联的变截面机械臂连杆刚度建模方法，步骤一、将机械臂连杆分为连杆部和前、后连接部；步骤二、连杆部等效为欧拉‑伯努利梁并利用虚功原理推导连杆部刚度矩阵，其中连杆部模型分为拉压受力模式、弯曲受力模式和扭转受力模式，分别求取各个受力模式下的刚度矩阵，然后对弯曲受力模式矩阵修正后再与其他受力模式矩阵整合获得连杆部刚度矩阵K<subgt;2</subgt;，并将K<subgt;2</subgt;中参数与连杆部实际截面尺寸关联；步骤三、利用有限元软件提取前、后连接部的刚度矩阵K<subgt;1</subgt;、K<subgt;3</subgt;；步骤四、将K<subgt;1</subgt;、K<subgt;2</subgt;、K<subgt;3</subgt;转换叠加获得机械臂连杆刚度矩阵步骤五、利用指导机械臂连杆的设计。本发明专利技术建立的刚度模型计算准确快速，方便尺寸优化和快速获得符合刚度要求的设计尺寸。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及工业机器人设计领域，具体地说是一种与结构尺寸关联的变截面机械臂连杆刚度建模方法。

技术介绍

1、机械臂的刚度代表机械臂在外载荷作用下抵抗变形的能力，对机械臂的工作精度有极大影响，所以了解机械臂的刚度并在满足要求的情况下增加它的刚度，可以使机械臂抵抗外载荷能力得到提升，进而有效地提高其精度，这在机械臂的设计阶段具有重要意义。一般来说，研究机械臂的刚度可将其分为关节模块和连杆模块两部分，其中连杆模块只含有结构件，建立刚度模型比较方便，同时也是建立整机刚度模型的基础。

2、对机械臂连杆进行刚度建模，目前常见的一种方法是利用商业有限元软件直接处理，这种方法建立的刚度模型精度很高，但是耗时很长，尤其是在设计阶段，需要经常改变连杆的尺寸参数，而每改变一次参数就需要重新划分网格进行分析一次，综合下来成本较高，计算效率较低。

3、相较于上一种方法，利用结构力学的方法建立连杆的刚度矩阵可以全面透彻地了解连杆各个设计尺寸对其刚度的影响，与有限元方法相比，计算耗时短，完全参数化的模型也便于修改。但机械臂连杆为一种变截面连杆，与一般方法中的形本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种与结构尺寸关联的变截面机械臂连杆刚度建模方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的与结构尺寸关联的变截面机械臂连杆刚度建模方法，其特征在于：步骤2.3中，拉压受力模式和扭转受力模式的应变转换向量B为：

3.根据权利要求2所述的与结构尺寸关联的变截面机械臂连杆刚度建模方法，其特征在于：步骤2.4中，纯剪切受力模式下的各个参数如下所示：

4.根据权利要求1或3所述的与结构尺寸关联的变截面机械臂连杆刚度建模方法，其特征在于：所述连杆部(2)刚度矩阵K2中的参数包括连杆部(2)两端面的截面面积、连杆部(2)两端面的截面惯性矩、连杆部(2...

【技术特征摘要】

1.一种与结构尺寸关联的变截面机械臂连杆刚度建模方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的与结构尺寸关联的变截面机械臂连杆刚度建模方法，其特征在于：步骤2.3中，拉压受力模式和扭转受力模式的应变转换向量b为：

3.根据权利要求2所述的与结构尺寸关联的变截面机械臂连杆刚度建模方法，其特征在于：步骤2.4中，纯剪切受力模式下的各个参数如下所示：

4.根据权利要求1或3所述的与结构尺寸关联的变截面机械臂连杆刚度建模方法，其特征在于：所述连杆部(2)刚度矩阵k2中的参数包括连杆部(2)两端面的截面面积、连杆部(2)两端面的截面惯性矩、连杆部(2)两端面的扭转惯性矩、连杆部(2)两端面的截面剪切系数，步骤2.5中，k2中各个参数与连杆部...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘新安，王洪光，杜天野，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：