摘要单柔性机械臂的碰撞动力学仿真研究，主要是研究柔性机械臂与刚性质量块碰撞的动力学特性。基于有限元软件Workbench，对柔性机械臂进行模态分析和转动分析，研究得出其固定频率和非碰撞状态下机械臂转动的变形，应力应变等状态。在此工作上，基于柔性体弹性力学理论基础，再进一步研究柔性机械臂与刚性质量块的碰撞动力特性。86272

为了更好地研究分析机械臂的碰撞动力学特性，我们进行三组不同的碰撞实验仿真，分别研究材料弹性模量，机械臂转动速度和碰撞距离对碰撞过程动力学特性的影响，得出相应机械臂的总变形，应力应变等数据，进行整合对比分析，以此来得到更为详尽和直观的结果和一些结论，以便于我们对单柔性机械臂的碰撞仿真有更深层次的理解和运用。

毕业论文关键词：单柔性机械臂；碰撞；有限元；动力学分析

Abstract Dynamic simulation of the collision dynamics of a single flexible manipulator is studied, which is mainly to study the dynamic characteristics of the collision between the flexible manipulator and the rigid mass。 Based on the finite element software Workbench,we do modal analysis and rotation analysis of flexible manipulator, the deformation, stress and strain of the manipulator under the fixed frequency and the non collision state are obtained。 In this work, based on the theory of flexible body elasticity, we do further research on the dynamic characteristics of the impact of the flexible manipulator and the rigid mass。

In order to study the dynamic characteristics of the robot arm, we make three different simulation experiments, the effects of the elastic modulus of the material, the rotation speed of the manipulator and the impact distance on the dynamic characteristics of the impact process were studied, we obtain the corresponding mechanical arm of the total deformation, stress and strain, and other data, and do Integration and comparative analysis, in order to get more detailed and intuitive results and some conclusions and we can form a deeper understanding and application of the collision simulation of the single flexible manipulator。

Keywords: Single flexible manipulator; collision; finite element; dynamic analysis

目  录

第一章 绪论 -1

1。1 工程背景和意义1

1。2 柔性多体动力学2

1。3 理论基础和研究方法3

1。3。1 弹性力学的基本方程3

1。3。2 有限元法5

1。3。3 有限元法软件ANSYS Workbench-6

1。4 本文研究的主要内容7

第二章 模态分析-8

2。1 概述8

2。2 单柔性机械臂的模态分析9

第三章 单柔性机械臂的自由落体旋转动力学22

  3。1 操作步骤-22

  3。2 结果分析-22

第四章 单柔性机械臂的碰撞仿真29

  4。1 显式动力学概述-29

  4。2 单柔性机械臂的定角速度旋转碰撞仿真-30

  4。3 单柔性机械臂的自由落体旋转碰撞仿真-35

  4。4 单柔性机械臂不同距离的自由落体旋转碰撞仿真-41

结语44

致谢-45

参考文献46

第一章 绪论

1。1  工程背景和意义

在航天器在轨组装和空间维修等方面，空间机械臂是重要的支持设备。从上世纪的七十年代开始，发达国家相继进行了空间机械臂的有关研究，并且将其成功地运用到载人航天器上，中国当前的空间站也需要应用空间机械臂来执行。载人航天器上所应用的空间机械臂一般具有自身质量小，负载质量大，大范围活动的特点，这些特点决定了空间机械臂的结构样式为细长型，这种细长型的结构样式和末端大负载的特点会使得机械臂系统频率只有零点几的赫兹，所以它具有鲜明的柔性特征[1]。