基于Matlab的打磨机操作臂的动力学仿真.pdfVIP

第22卷第1期 机电产品开崖与刨新 ， Y01．22．No．1 of Products 2009年1月 Machinery＆Electrical Jan．。2009 Developmen!＆Innovation 基于Matlab的打磨机操作臂的动力学仿真 解本铭，颜克源 (中国民航大学。天津300300) 摘 要：运用Matlab中的R．obodcsToolbox建立打磨机操作臂的动态模型。分析操作臂末端执行器运动轨 迹，并研究其各关节在外力作用下速度的变化，从而实现对操作臂动力学特性的分析与仿真。为 操作臂的实际加工制造提供强有力的依据。 Robotics 关键词：牛顿一欧拉方程；Madab Toolbox；打磨机操作臂；动力学分析 中图分类号：TP242文献标识码：A 文章编号：1002—6673(2009)01—008—03 0引言 在机械铸造加工中，需要对铸件进行打磨飞边去毛 刺等工序，很长时间以来人们主要采用手工打磨的方 法，这种方法效率低，工人工作环境差，劳动强度大， 对工人的操作水平要求高，因此采用自动打磨的方式代 替手工打磨势在必行。本文主要是对一种新开发的打磨 机操作臂进行动力学建模与仿真。 机器人动力学是研究操作臂的运动和力(包括驱动 力和外力)的关系。机器人是一个复杂的动力学系统， 存在严重的非线性，是由多个关节和多个连杆组成，具 图1操作臂机构简图 有多输入和多输出。它们之间存在错综复杂的耦合关 SchematicofBarinders Fig．1 diagram manipulator 系。因此分析机器人的动力学特性，必须采用非常系统{ 的方法，现在所用的分析方法很多．主要采用拉格朗日 2操作臂动力学方程的建立 (Lagrange)法，牛顿一欧拉(Newton-Euler)法和凯恩： 2．1坐标系的建立与坐标系的变换 (Kane)法。此外，还可应用罗伯逊一魏登堡(Robemon—l Wittenburg)法、高斯法以及旋量法等。 本文用D—H(齐次变换矩阵)方法来描述和表达打 磨机相邻两刚性构件之间的几何关系，在每个构件上建 本文主要采用牛顿一欧拉(Newton—Euler)法对操 立一个附体坐标系。打磨机操作臂是四个自由度多关节 作臂进行动力学分析，并运用Matlab中的Robotics 工业机器人。所以包括底坐及末端执行器在内共建立5 Toolbox工具箱进行建模仿真，从而为操作臂的结构设 计和计算提供理论依据。 个坐标系，如图l所示。几何参数如表l所示。设旋转 变换矩阵分别为0R。，1R2，2R3，3凡，则根据所建立的坐标系 1操作臂的机构简介 可得旋转变换矩阵分别为： 打磨机操作臂的机构如图l所示。该操作臂有四个 表1几何参数 自由度，关节l为机体，是移动关节，关节2。3，4分 Tab．1Geometric