索杆铰接式伸展臂动力学建模与分析.pdfVIP

学兔兔 第47卷第9期 机 械 工 程 学 报 VO1．47 NO．9 201 1年 5月 JOURNAL 0F MECHANICAL ENGINEERING Mav 201 1 DoI：lO．3901／JME．2011．O9．066 索杆铰接式伸展臂动力学建模与分析木 郭宏伟 刘荣强 邓宗全 (哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室 哈尔滨 150001) 摘要：针对索杆铰接式伸展臂的结构特点，提出基于能量互等原理的伸展臂连续梁等效动力学模型的建模方法。推导出伸展 臂桁架单元的应变能与动能关于节点位移、几何结构参数及材料参数的表达形式。基于伸展臂桁架与连续梁等效模型两者之 间应变能、动能分别相等原理，建立伸展臂桁架结构与连续梁等效模型之间的几何结构参数与材料参数的联系式，推导出伸 展臂连续梁等效模型的等效刚度矩阵和质量矩阵。运用提出的索杆铰接式伸展臂连续梁等效模型化方法计算出伸展臂原理样 机的等效刚度和质量参数。分别运用连续梁等效模型和有限元模型对伸展臂的动力学特性进行分析，通过理论计算和仿真分 析得到伸展臂前8阶固有频率。通过有限元仿真结果与伸展臂等效模型计算结果对比分析，验证伸展臂连续梁等效模型的正 确性。通过对不同长度伸展臂各阶固有频率的对比，得出伸展臂连续梁等效模型对于分析大型索杆铰接式伸展臂动力学特性 具有较高的精度。 关键词：动力学 有限元模型 连续体模型 索杆铰接式伸展臂 中图分类号：V414．2 Dynamic Modeling and Analysis of Cable-Strut Deployable Articulated Mast GUO Hongwei LIU Rongqiang DENG Zongquan (State Key Laboratory of Robotics and System，Harbin Institute of Technology,Harbin 1 5000 1) Abstract：A rational modeling method based on energy equivalence principle is presented for developing an equivalent dynamic continuum beam model of cable·strut deployable articulated mast according to the structural characteristics of the mast．A basic truss bay of the mast is isolated，and its strain and kinetic energies expression in terms of nodal displacement，geometrical structure and material param eters of the truss bay are derived．The relationship of geometrical structure and material parameters between the mast truss structure and the equivalent continuum beam model is established based on strain and kinetic energies equivalence principle