机械工程学报

作者：段书用, 李昌洛, 韩旭, 刘桂荣

单位：1. 省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室(河北工业大学) 天津 300131;2. 河北工业大学机械工程学院 天津 300131;3. 辛辛那提大学航空工程和机械工程系 辛辛那提 45221 美国

关键词：机械臂,非线性摩擦模型,动力学建模,Newton-Euler法,正-反向动力学,机械臂运动学,运动轨迹；

基金：国家重点研发计划（2017YFB1301300）和国家自然科学基金青年基金（11902110）资助项目。

现有研究大多采用分段线性组合而成的拟非线性摩擦模型来描述机械臂各关节摩擦力矩大小及其分布，忽略了低速区关节摩擦的实际非线性变化，而该非线性变化恰恰是影响机械臂轨迹精度及稳定性的关键因素之一。基于此，着重研究机械臂关节非线性摩擦模型及其对机械臂末端轨迹的影响。对多关节机械臂进行几何机构建模，对任意设定的机械臂理想运动轨迹，通过机构运动学分析得到各关节的角位移、角速度和角加速度。考虑非线性摩擦，建立高可靠性的关节非线性摩擦的一般模型。对给定的理想运动轨迹下的角位移、角速度和角加速度进行Newton-Euler反向动力学分析，从而得到各关节的非线性驱动力矩。基于一般非线性摩擦模型，将得到的驱动力矩代入正向动力学模型中得到机械臂末端实际的运动轨迹。通过上述分析步骤，深入研究各关节在不同类型驱动力矩组合条件下对机械臂末端运动轨迹、及各关节角位移的影响。研究结果表明机械臂各关节的不同摩擦形式对末端运行轨迹影响显著，各关节驱动力矩的变化对其相邻关节的角位移也有明显影响。

来源：2020年第9期

《机械工程学报》期刊编辑部

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