随着时代的不断发展和变迁，机器人技术的不断发展和升级，为了能更好地与环境进行交换，操纵物体，完成任务，跟上智能化的步伐，机器人的操作终端，如机械臂如图1所示，手抓的作用越来越重要。这对于机械臂的设计要求也提出了更高的指标，要求高的负载自重比，操作更加灵活，强稳定性和安全性等等 。在设计出色的机械臂之前，需要同样出色并严谨的理论，所以我们研究的含集中质量的刚柔耦合机械臂系统动力学仿真十分重要。目前，随着空间及工业机器人技术的发展，对机器人操作臂的精度定位要求越来越高，现有大型商业软件ADAMS等。在处理高速大变形问题上也越来越需要结合最新的刚柔耦合动力学理论来实现准确高效的数值仿真。

而刚柔性机械臂是集动力学基本理论研究、机电一体化、计算机软件的开发与应用，优化控制理论研究于一身，具有科技含量高，应用前景十分巨大，对航空航天如图2所示，机器人研究与应用，精密机械制造与控制等领域都有着广泛的应用空间。同时还可以应用到其他领域例如可以将对该系统的分析理论和方法应用于各种结构控制；飞机机翼的制动控制，转动轴的振动，工程结构中版，梁等的振动控制，其前景十分可观，将会带来明显的社会效益，经济效益和环境效益 。

图1 机械臂图2 现代航天器

1。3 刚柔耦合建模理论研究现状

1。4 本论文的内容安排

本论文需要解决的问题主要包括：（1）如何通过数值仿真捕捉得到受集中质量影响的中心刚体-柔性梁刚柔耦合系统的动力刚化效应，从而验证ADAMS软件在处理高速大变形问题时的有效性；（2）在掌握刚柔耦合动力学理论的基础上，通过数值仿真结果与理论模型结果的对比，更加深入的认识“动力刚化”问题；（3）如何优化附加集中质量，并利用ADAMS软件进行系统参数优化。

本文的具体内容安排如下：

第一章为绪论，介绍了刚柔耦合机械臂系统动力学仿真等相关问题的研究方面问题，包括了研究意义，工程背景以及刚柔耦合理论模型的研究现状，最后还包括本论文内容的具体安排。

第二章为建模理论，其中介绍了刚-柔耦合动力学的理论建模方法以及有关集中质量旋转梁的理论公式。文献综述

第三章为软件建模与仿真，通过ANSYS软件以及ADAMS软件对第二章所建立的理论模型进行软件仿真，并对结果进行两者的对比和分析，从而验证第二章所建立的理论模型的正确性。

2 理论建模与仿真

本论文所建立的理论模型为高次刚-柔耦合动力学模型。如图3所示，旋转刚柔耦合系统包括中心刚体、悬臂柔性功能梯度梁和梁上任意位置集中质量。在半径为R的中心刚体中心 处建立平面惯性坐标系 ，在中心刚体与功能梯度梁连接点 处建立平面浮动坐标系 。 为梁变形前的轴线 相对 轴的转角。中心刚体做定轴转动的转动惯量为 ，受到外驱动力矩为 。质量为 的集中质量块位于功能梯度梁上距梁左端 处。