制孔機(jī)器人在鉆削力作用下變形與振動(dòng)的研究.pdf

1、機(jī)器人制孔在航空制造領(lǐng)域已經(jīng)有廣泛的應(yīng)用，但受機(jī)械臂串聯(lián)方式的限制，制孔系統(tǒng)的剛度相對(duì)不足，制孔過(guò)程中在鉆削力的作用下，機(jī)器人末端易產(chǎn)生顫動(dòng)或滑移，甚至系統(tǒng)發(fā)生顫振，影響制孔的精度和質(zhì)量。本文對(duì)機(jī)器人在制孔過(guò)程中鉆削力作用下的變形與振動(dòng)的研究，著手于以鉆削力為外載荷的機(jī)器人連桿系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析，建立相關(guān)數(shù)學(xué)及仿真建模，由仿真分析系統(tǒng)的制孔效果，并以四個(gè)方面展開(kāi)：
　　首先，提取機(jī)器人的參數(shù)，包括機(jī)械臂的長(zhǎng)度、質(zhì)量、質(zhì)心等，建立機(jī)器人

2、制孔系統(tǒng)的三維實(shí)體模型；以D-H參數(shù)法前置模型對(duì)機(jī)器人系統(tǒng)定義連桿坐標(biāo)系，由矢量積分法推導(dǎo)出機(jī)器人的雅可比矩陣。
　　其次，考慮機(jī)器人關(guān)節(jié)的柔性，將其簡(jiǎn)化為具有剛度、阻尼的線性扭轉(zhuǎn)彈簧，運(yùn)用拉格朗日法推導(dǎo)出考慮關(guān)節(jié)柔性的機(jī)器人系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程；并分析機(jī)器人系統(tǒng)在不同姿態(tài)下的剛度。
　　再次，從普通麻花鉆結(jié)構(gòu)出發(fā)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，建立鉆削力數(shù)學(xué)模型。又考慮到機(jī)器人末端受外力作用會(huì)產(chǎn)生空間位移顫動(dòng)，對(duì)鉆削力模型進(jìn)行改進(jìn)，考慮鉆頭空間

3、的跳動(dòng)對(duì)鉆削力的影響。
　　最后，將機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型與鉆削力模型聯(lián)立，在Matlab/Simulink中建立積分反饋仿真模型。仿真中，設(shè)定幾組姿態(tài)，保持鉆頭高度位置、進(jìn)給方向一致；分析機(jī)器人系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化，包括關(guān)節(jié)、末端變形及振動(dòng)效應(yīng)，以制孔軸線跳動(dòng)分析不同姿態(tài)下的制孔效果；并在其中一組姿態(tài)下進(jìn)行以轉(zhuǎn)速與進(jìn)給速度不同組合的仿真，以鉆削軸向力的波動(dòng)特征為切入點(diǎn)，分析系統(tǒng)制孔的穩(wěn)定性，并計(jì)算機(jī)器人系統(tǒng)在該姿態(tài)的振動(dòng)頻率。
　　由

4、仿真結(jié)果分析：保持機(jī)器人制孔系統(tǒng)的鉆頭高度位置、進(jìn)給方向一致，不同姿態(tài)下以相同的鉆削參數(shù)制孔的效果不同，并且當(dāng)制孔偏差太大時(shí)，分析認(rèn)為系統(tǒng)處在不穩(wěn)定狀態(tài)，不適合該姿態(tài)下以相應(yīng)鉆削參數(shù)制孔；姿態(tài)一定時(shí)，以不同的鉆削參數(shù)制孔的效果也不同，并且分析出該姿態(tài)下以不同鉆削參數(shù)制孔的系統(tǒng)穩(wěn)定性，模型中鉆削速度越高，穩(wěn)定性越好。
　　系統(tǒng)的穩(wěn)定性影響制孔的效果，機(jī)器人制孔作業(yè)中，選取合適的姿態(tài)、鉆削速度和進(jìn)給速度，對(duì)提高制孔質(zhì)量和制孔效率是很重