基于ANSYS的H型刚柔耦合机械臂动力学建模与动态特性机理研究

柔性宏刚性微机械臂作为机器人系统的一个重要结构，存在刚柔之间相互耦合。固有频率作为系统动态特性的一个重要指标，从整体上反映了系统动态特性，可通过结构参量分析改善系统动态特性。因此，有必要对其固有频率特性和内在机理进行深入研究。首先建立刚柔机械臂系统动力学模型。由于柔性宏刚性微机械臂系统具有多变量性和非线性，为较全面了解其动态特性机理，以H型截面宏柔微刚机械臂为例，分别从截面参数、材质组合、集中质量等方面分析各因素对系统固有频率特性的影响。研究结果表明：在相同情况下，随着等比长度的增加，机械臂固有频率呈现急剧减小趋势；采用柔性钢刚性铝组合的机械臂相比全钢或全铝，结构固有频率大幅提升；在保持其他参量不变的条件下，降低末端质量有利于提高机械臂固有频率。通过以上分析为进一步研究H型刚柔机械臂整体优化设计提供了理论依据。