資源描述：
《空間柔性機械臂運動功能可靠性分析》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、空間柔性機械臂運動功能可靠性分析Reliabilityanalysisofmotionfunctionforspace?exiblearm馮嘉珍，賈慶軒，孫漢旭FENGJia-zhen,JIAQing-xuan,SUNHan-xu(北京郵電大學自動化學院，北京100876)摘要：以空間柔性機械臂為研究對象，在同時考慮材料參數(shù)、幾何參數(shù)不確定性和彈性變形的情況下，利用Lagrange方法建立了空間柔性機械臂的動力學模型。然后，依據(jù)響應面法的基本原理，開發(fā)了可靠度計算算法，并對空間柔性機械臂的運動功能可靠性進行了分析計算。結(jié)果表明
2、，在基本隨機變量比較少的情況下，該方法計算速度快、效率高，是一種開展運動功能可靠度計算的有效手段。關(guān)鍵詞：空間柔性機械臂；不確定性；彈性變形；響應面法；運動功能可靠性中圖分類號：TH166 文獻標識碼：A 文章編號：1009-0134(2010)10(下)-0116-03Doi:10.3969/j.issn.1009-0134.2010.10(下).360前言本文以單連桿空間柔性機械臂為研究對象，在綜合考慮不確定性因素和彈性變形的基礎(chǔ)上，空間機械臂具有適應太空惡劣作業(yè)環(huán)境的能利用Lagrange方法建立機械臂的動力學模型。然力
3、，采用機械臂協(xié)助或代替宇航員完成一些太空后，依據(jù)計算效率更高的響應面法開發(fā)計算程作業(yè)在經(jīng)濟性和安全性兩方面都具有現(xiàn)實意義，序，對空間柔性機械臂的運動功能可靠性進行了已成為當前空間技術(shù)領(lǐng)域的重要研究方向。與地分析計算。面機械臂相比，空間機械臂具有微重力、大跨度、輕質(zhì)量、大自重比和低阻尼的特點，因此在1空間柔性機械臂動力學分析對空間機械臂進行動力學分析時必須考慮臂桿的在單一平面XOY內(nèi)做旋轉(zhuǎn)運動的單連桿空間柔性問題。柔性機械臂如圖1所示。[1]此外，傳統(tǒng)的動力學研究中，將研究對象視為確定性系統(tǒng)，相應的動力學計算結(jié)果也是確定性的，但
4、是這與工程實際并不相符。如設(shè)計公差、制造裝配誤差等導致零部件的幾何尺寸存在不確定性；材料參數(shù)如彈性模量、密度等有時不能精確確定。由于這些參數(shù)的影響，系統(tǒng)的動力學響應也呈現(xiàn)出不確定性。因此，為了更加精確的描述空間柔性機械臂的動力學行為，有必要考慮不確定性參數(shù)的影響。圖1空間柔性機械臂結(jié)構(gòu)簡圖將可靠性技術(shù)和空間柔性機械臂動力學研究其中，機械臂長為L，臂橫截面寬度為h1、相結(jié)合，分析、計算機械臂的運動功能可靠性，[2]高度為h2，橫截面積為A，橫截面慣性矩I，密度目前這方面的研究相對比較薄弱。Rio等人對機為ρ，彈性模量E，固定端轉(zhuǎn)
5、動慣量Jh，電機驅(qū)動械臂的可靠性進行了研究，但是并沒有計及機械力矩為，關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角為θ。XOY為慣性坐標系，臂的柔性。何柏巖[3]的研究雖然考慮到了機械臂X1OY1為浮動坐標系。機械臂發(fā)生彈性變形時，其的柔性，但他在進行可靠性計算中，采用了計算軸線不可伸縮，且變形滿足小變形假設(shè)。效率低下的簡單蒙特卡羅法，導致計算的時間成設(shè)P0是沒有產(chǎn)生變形時，機械臂上的任意一本過高。收稿日期：2010-04-09基金項目：教育部科學技術(shù)研究重大項目（307005）作者簡介：馮嘉珍（1984-），男，碩士研究生，研究方向為空間機器人技術(shù)?！?16】
6、第32卷第10期2010-10(下)點，其在浮動坐標系X1OY1中的坐標為(x,0)。當機2響應面法及程序流程械臂發(fā)生了如圖1所示的變形之后，點P0運動到了由應力–強度干涉理論可以推導出系統(tǒng)運動功點P的位置，其軸向位移和橫向位移分別為u(x,t)、[6]能失效的概率為v(x,t)。點P在慣性坐標系下的坐標為(7)其中，fX(x1,x2,…,xn)為概率密度函數(shù)（xi為系統(tǒng)(1)的基本隨機變量），g(X)=g(x1,x2,…,xn)為運動功能函數(shù)。若g(X)>0，系統(tǒng)運動可靠；若g(X)≤0，則運動失說明，為了便于編程計算，將P
7、的坐標表示成效。向量的形式，并以來表示。同時，為了表達簡如果功能函數(shù)g(X)已知，就可直接利用上式潔，用上標點表示對時間進行求導。計算可靠度。但在實際情況中，由于系統(tǒng)的復雜空間柔性機械臂的總動能為性，難以利用基本隨機變量將功能函數(shù)直接表示出來，所以利用式(7)計算可靠度是不現(xiàn)實的。一(2)種解決方案就是構(gòu)造一個近似的功能函數(shù)g’(X)空間柔性機械臂的總勢能為來代替真實的g(X)，從而使可靠度的計算得以實現(xiàn)，這就是響應面法的本質(zhì)。(3)2具體來講，響應面法是在設(shè)計驗算點附近擬合響應面，用插值技術(shù)確定近似功能函數(shù)對軸向不可伸長的E
8、uler-Bernoulli梁模型，如g’(X)；然后利用一次二階矩法計算出可靠度指忽略軸向變形，則由于橫向變形v(x,t)引起的軸向標β和可靠度R；之后通過線性插值獲得新的展[4]位移u(x,t)之間存在如下關(guān)系式開點，構(gòu)造新的響應面函數(shù)。如此進行不斷的迭(代，逐步逼近真實
