含关节间隙的Delta机器人弹性动力学与振动特性分析

来源：农业工程学报杂志2015年第14期北京时间：

作者：郑坤明,张秋菊,

摘要：针对经济实用型并联机器人关节间隙对动平台位置精度与系统振动特性影响的问题，以Delta机器人为研究对象，利用数理统计原理对含关节间隙的Delta机器人支链进行了运动学分析，结合Lankarani-Nikravesh碰撞接触力模型与具有动态修正系数的Coulomb摩擦模型对关节间隙广义碰撞力进行了研究。利用空间有限元理论与拉格朗日方程，充分考虑主、从动臂的空间动力特性与运动协调关系，建立了Delta机器人弹性动力学模型，在定义杆件虚长度的基础上，将关节间隙产生的广义碰撞力结合到弹性动力学模型中，建立了含关节间隙的Delta机器人弹性动力学模型。借助FARO激光跟踪仪对间隙弹性动力学模型进行了验证分析，利用脉冲锤击法与Workbench软件仿真对Delta机器人的振动特性进行了研究分析。试验结果表明，考虑关节间隙时动平台中心点的运动轨迹较不考虑关节间隙时更靠近试验运行结果，验证了间隙弹性动力学模型的合理性与正确性，并且，系统前两阶非零固有频率的理论值与试验值的相对误差分别为3.544%和12.026%，两者相当接近。另外，由仿真结果可以发现3组从动臂是Delta机器人整机系统中最薄弱的环节。该研究可为经济实用型并联机器人的位置误差补偿与系统减振优化提供参考。

关键词：机器人, 运动学, 模型, Delta机器人, 关节间隙, 弹性动力学, 杆件虚长度, 广义碰撞力