基于递归Gibbs-Appell的柔性空间机器人建模与特性分析

作     者：张福礼 袁朝辉 ZHANG Fuli;YUAN Zhaohui

作者机构：西北工业大学自动化学院西安710072 

出 版 物：《航空动力学报》 (Journal of Aerospace Power)

年 卷 期：2023年第38卷第10期

页      面：2545-2560页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0701[理学-数学] 0811[工学-控制科学与工程] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金(51505381)。 

主　　题：空间机器人 柔性机械臂 递归Gibbs-Appell 多体动力学建模 特性分析 

摘      要：利用递归Gibbs-Appell方法研究了多重柔性的空间机器人动力学建模与特性分析。首先,根据Timoshenko beam theory与集中刚度分别对连杆与关节进行柔性描述,其次,利用旋转矩阵R_(3×3)与平移向量L_(1×3)的简化了齐次变换矩阵T_(4×4)以降低递推运动学难度,利用递归Gibbs函数与势能函数推导了柔性空间机器人的逆向动力学模型,再次,利用反向递归法获取了惯量矩阵与耦合矩阵,并构建了正向动力学模型。最后数值仿真结果表明,Matlab与Adams的仿真结果相对偏差不超过0.1%,Z弯曲变形相对于X剪切变形与Y扭转变形数量级超过了10^(3),这验证所建模型的正确性。在一定范围内,关节刚度增加50 N·m/rad时,连杆最大变形增量不超过1.5×10^(-3)m,关节摩擦成5倍增长时,连杆最大变形增量不超过2×10^(-3)m,帆板的增量变形具有相同变化趋势。