平面开链机械臂动力系统及其控制的向量键合图建模与分析.pdf

机械 设计 与制造 第 3期 Machinery Design Manufacture 2017年 3月 平面开链机械臂动力系统及其控制 的向量键合图建模与分析 易仲庆，谢 进，张建奇 (西南交通大学 机械工程学院，四川 成都 610031) 摘 要：平面开链机械臂是由一系列电机驱动单臂串联而成。利用这种串联式的结构特性，建立了电机驱动单臂的子系 统机电耦合向量键合图模型以及等价动力学一阶微分方程，并利用模块化的方式建立出整个平面开链机械臂系统的键 合图动力学模型。模型中通过考虑电机输出轴以及机械臂的挠性，实现微分因果关系的消除。以平面2R机械臂为例，通 过对含有PD控制器的机电耦合系统动力学模型进行键合图仿真与Madab仿真的结果对比，以及容性元件取值对系统 动态响应影响的分析，验证了所提出方法的正确和有效性。 关键词：向量键合图；机电耦合；开链机械臂 中图分类号：TH16 文献标识码：A 文章编号：1001—3997(2017)03—0060—04 ModelingandAnalysisofPlanarOpen-ChainManipulatorDynamic System anditsControlUsingVectorBondGraph YIZhong-qing，XIEJin，ZHANGJian-qi (SchoolofMechanicalEngineering，SouthwestJiaotongUniversity，SichuanChengdu610031，China) Abstract：AplanaropenchainmnaipulatoriscomposedofaseriesofsinglealTnactuatedbyamotor．Thsiserialchainnature makeitpossibletoestablsihthevectorbondgraphmodelnadequivalentdynamicfirstorderdifferentialequationof electromechnacialcouplingforthesingleⅡ actuatedbyamotorfirstly。nadthentoestbalsihthevectorbondgrpahnad dynamicsmodelingforthewholemanipulatorbythemodulramethod．Thedfiferentialcausditysisolvedbyconsideringthe flexibleofthe~atoroutputsh nadmnaipulator．Aplanra2Rmnaipulatoristkaenasareexmapletodemonstratethemethod proposedinitnaditseffectivenessandcorrectnessaswel1．bycompraingthesimulationresultsfromB0 GrpahandMatlab simulationofthesystemwiththePDcontrollerandnaalysingtheinfluenceofthevalueofthecpaacitiveelementondynmaci responseofthesysterrL KeyW ords：VectorBondGraph； Coupling；OpenChainManipulator 1引言 文献 -9研究了利用键合图的方法建立各种机电系统动力学 分析模型的问题；文献t【应