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题名二自由度交叉簧片型弹性组件设计与动力学建模分析
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作者
叶进进
高宏
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机构
北京信息科技大学机电工程学院
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出处
《机电工程》
北大核心
2025年第8期1521-1532,共12页
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基金
“十四五”国防预研重点项目(50914050107)。
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文摘
针对传统柔性关节中弹性组件多采用单自由度的设计局限,在单自由度交叉簧片型弹性组件基础上,设计了一种二自由度交叉簧片型弹性组件,实现了两个方向的偏转运动。首先,基于伪刚体模型法推导了二自由度交叉簧片型弹性组件的弯曲刚度,利用卡氏第二定理确定了弹性组件的垂直刚度;然后,根据集中参数法和能量法,对二自由度交叉簧片型弹性组件进行了动力学建模,推导了二自由度交叉簧片型弹性组件的X轴方向、Y轴方向及Z轴方向的低阶固有频率;最后,对弹性组件进行了实例设计,采用有限元分析以及实验验证了弯曲刚度、垂直刚度及低阶模态理论模型的正确性。研究结果表明:弹性组件X轴弯曲刚度的理论值、仿真值和实验值最大相对误差为1.27%;Y轴弯曲刚度的理论值、仿真值和实验值最大相对误差为1.99%;垂直刚度的理论值、仿真值和实验值最大相对误差为8.33%;弹性组件一阶固有频率、二阶固有频率和三阶固有频率的理论值、仿真值和实验值三者最大相对误差分别为8.09%、7.87%、3.71%。可见,该二自由度交叉簧片型弹性组件设计合理,具有体积小、结构紧凑和空间利用率高等优点,有一定的通用性,可为机器人柔性关节的进一步研究提供参考。
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关键词
交叉簧片型弹性组件
机器人柔性关节
模态理论模型
弯曲刚度
垂直刚度
固有频率
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Keywords
cross spring elastic components
robot flexible joint
modal theory model
bending stiffness
vertical stiffness
natural frequency
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分类号
TH122
[机械工程—机械设计及理论]
TP242
[自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
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题名交叉簧片型弹性组件的力学建模和实验分析
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作者
李琦
高宏
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机构
北京信息科技大学机电工程学院
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出处
《机床与液压》
北大核心
2025年第4期26-33,共8页
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文摘
基于柔性关节的弹性组件设计以及其研究现状,提出一种交叉簧片型弹性组件的设计思路。采用简化柔性梁模型和假设广义力的方法,引入4个曲线积分参数,推导交叉簧片型弹性组件的单元刚度矩阵,对全局刚度矩阵和柔度矩阵计算和建模。结果表明:引入4个参数的理论值与仿真值误差小于9%,随着组件数量的增加,参数误差均小于1.24%,证明可用引入的参数表示统一单元刚度矩阵,使单元刚度矩阵简单化、统一化,为交叉簧片型弹性组件构建单元刚度矩阵提供了一种通用的方法。然后,应用单元刚度矩阵模型对变截面簧片型弹性组件进行理论分析,同时进行有限元分析和实验验证。结果表明:施加单一作用力,位移和角度的理论值、仿真值和实验值具有良好的一致性,误差小于5%,证明文中所提统一单元刚度矩阵模型应用于交叉簧片型弹性组件的合理性。
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关键词
交叉簧片型弹性组件
单元刚度矩阵
柔度矩阵
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Keywords
cross spring-plate type elastic component
element stiffness matrix
flexibility matrix
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分类号
TH122
[机械工程—机械设计及理论]
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