新型3-CPS/RPPS机构的有限元建模及模态分析

杨德华^1,2，Lorenzo Zago³，李徽^1,2,4，程刚⁵

1. 中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所2. 中国科学院天文光学技术重点实验室3. Institute of Industrial Automation,School of Engineering and Business of Canton Vaud,University of Applied Sciences of Western Switzerland4. 中国科学院研究生院5. 中国矿业大学机电工程学院

摘 要：对新型3-CPS/RPPS型六自由度机构进行有限元建模和模态分析,系统介绍了采用有限元法进行多自由度机构建模和进行模态分析的过程。介绍了新型3-CPS/RPPS机构的机构原理;探讨了采用有限元法进行多自由度机构相关机构分析的可行性;详细介绍了采用基于静凝聚理论的自由度释放法建立多自由度机构铰链的过程,并修改开源有限元程序CALFEM的3维梁单元实现了铰链的功能;基于MATLAB和CALFEM,对3-CPS/RPPS机构进行简化,建立了基于三维梁单元的有限元模型,进行了模态分析,给出了最低8阶固有频率和前4阶振型。最后探讨了有限元法在多自由度机构或并联机器人机构分析领域的应用前景。

关键词：有限元法;有限元建模;模态分析;多自由度机构;并联机器人;机构分析;