D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1994.03.016 第16卷第3期 北京科技大学学报 Vol.16 No.3 1994年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing June 1994 机器人操作机弹性动力学分析新方法 刘鸿飞)马香峰)张策2) 1)北京科技大学机械系，北京1000832)唐山工程技术学院 摘要本文给出将机器人操作机划分成传动系统、刚性化杆件和弹性杆件3种不同类型的子结 构，按相邻子结构间位移协调矩阵组装出操作机系统的弹性动力学方程进行KED仿真分析的新 方法·实例分析表明：该方法计算量小，考虑因素多，为操作机设计提供了一种有效的仿真分析 手段， 关键词机器人，机构，子结构法/弹性动力学仿真 中图分类号TP242.2,0326 A New Method of KED Analysis of Robotic Manipulator Liu Hongfei Ma Xiangfeng Zang Ce) 1)Department of Mechanical Engineering,USTB Beijing 100083,PRC 2)Tangshan Institute of Technology ABSTRACT A new method is presented to analyze a manipulator in KED,which is to di- vide the manipulator into three kinds of substructures-elastic links,rigidities and transmission systems-and to assemble the system equation with all substructures through the compatible matrixes.It is proved that the simulation based on this method has less computation and pro- vides more reliable data for disigning a manipulator or its control system. KEY WORDS robot,mechanisims,substructure methods/KED simulation 随着机器人的发展，机器人机构（又称操作机）的弹性动力学研究已越来越引起人们的 重视.迄今这一领域已发表的文章，大致可分为两类：(1)利用有限元理论，将各构件 简化成梁单元或板单元，忽略关节弹性的影响，或把关节处传动系统简化成一个关节刚度 计入整体刚度矩阵，从而建立操作机的弹性动力学方程山；(2)除传动系统以外的构件均 作为刚体，只建立各传动系统的弹性动力学方程). 本文在以上两种方法的基础上，考虑到机器人机构的自身特点，提出了一种新的机构 弹性动力学分析方法·把整个机构系统分成若干个不同类型的子结构、即弹性子结构、刚性 化子结构、传动系统子结构，分别建立各自的动力学方程，再利用机器人运动学理论建立相 邻子结构间的位移协调矩阵，从而将各子结构的方程组装成系统的动力学方程· 1993-02-27收稿 第一作者男27岁助教硕士第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 山超 机器人操作机弹性动力学分析新方法 刘鸿飞 ’ 马香峰 张 策 北 京科技大 学 机械 系 ， 北 京 侧洲粥 唐 山工 程 技术 学 院 摘要 本文 给 出将机器人操作机划分成传动系 统 、 刚性 化 杆 件 和 弹 性 杆 件 种 不 同类 型 的 子 结 构 ， 按相 邻子 结构 间位移 协调 矩 阵组装 出操作机系 统的弹性动力学方程进行 王 仿 真 分 析 的新 方法 实例分析表 明 该方法计算量小 考虑 因素多 为操作机设计提供 了 一 种有效的仿真分析 手段 关键词 机器 人 ， 机构 ， 子结构法 弹性 动力学仿真 中图分类号 开 ， 乙 级 砚’ 级角 ’ ， ， ， 心 理 五 ， 二 治 一 ， 力 刀 “ 巧 一 卫 粥 日旧 万 ， 蓝℃ 毗 ， 随着 机器人 的发展 ， 机器人机构 又称操 作机 的弹性 动力学研究 已 越 来 越 引起 人们 的 重 视 迄 今这一 领域 已 发 表 的 文 章 ， 大 致 可 分 为 两 类 利 用 有 限 元 理 论 ， 将 各 构 件 简化成梁 单元 或板单元 ， 忽 略关节 弹性 的 影 响 ， 或把 关 节 处传 动 系 统 简 化 成 一 个 关节 刚 度 计人整体刚度矩 阵 ， 从而建立操 作机 的 弹 性 动 力 学 方 程 ’ 〕 除 传 动 系 统 以 外 的 构 件 均 作 为 刚体 ， 只建立各传 动系 统 的弹性 动力学方程 本文在 以 上 两种 方法 的基 础上 ， 考 虑 到 机 器 人 机 构 的 自身特 点 ， 提 出 了 一 种 新 的机 构 弹性 动力学分 析方法 把整 个机构系 统分成若 干个不 同类型 的子结构 、 即弹性 子结构 、 刚性 化 子结构 、 传动系 统子结构 ， 分别建立各 自的动力学方程 ， 再利 用机器人 运 动学理论建立相 邻子 结 构 间 的位移协调 矩 阵 ， 从而将 各 子结 构 的方 程组 装成 系 统 的动力 学方 程 卯 一 一 收 稿 第一 作 者 男 岁 助教 硕 士 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1994．03．016