医用机械臂为肿瘤放射治疗系统中的一个重要组成部分,为了使放射治疗有较好的效果,医用机械臂系统需要有较高的控制精度及摆位精度,而建立准确的医用机械臂的动力学模型并进行动力学特性进行分析和预测,对提高医用机械臂的控制精度、摆位精度及动力学性能起着至关重要的作用。机械臂本身包含的一些非线性因素会对其动力学特性产生影响,建模时应该考虑。因此,本文以臂杆具有柔性的医用机械臂为研究对象,建立了包含关节摩擦,关节处RV减速器中啮合间隙、啮合阻尼、时变啮合刚度及大小臂柔性变形这些非线性参数的医用机械臂耦合的动力学模型,并进行了相应的动力学特性分析,最后对建立的耦合动力学模型进行了仿真实验验证,证明了模型正确,并做了进一步的分析,为运动较多及负载变化较大的机械臂的控制系统搭建及设计提供理论支持,具体如下:(1)首先对医用机械臂进行了适当的简化,运用达郎伯定理进行受力分析求得关节铰接处接触力,并基于库仑摩擦模型求出关节摩擦扭矩,然后,基于拉格朗日方程建立了无摩擦及含关节摩擦的机械臂动力学模型,对模型进行了数值求解,对比分析了关节摩擦的影响。(2)对关节处传动部件RV减速器进行了受力分析,建立了考虑中心轮与3个行星轮之间的啮合间隙、啮合阻尼、时变啮合刚度的RV减速器动力学模型,并进一步建立了包含RV减速器的医用机械臂动力学模型,通过数值求解分析得出,啮合间隙、啮合阻尼、时变啮合刚度使减速器末端输出扭矩及机械臂角加速度出现了较高频率的波动,间隙越大,齿轮啮合冲击越大,波动的幅值也增大,波动也更加剧烈。(3)基于假设模态法及拉格朗日方程建立了医用柔性机械臂的动力学模型,结合第二章及第三章所建立的关节摩擦及RV减速器动力学模型,进一步建立了医用柔性机械臂耦合动力学模型,并进行了数值求解分析,得出在所考虑的非线性因素耦合影响下,医用机械臂角速度、角加速度及关节接触力都出现了较高频率的剧烈波动,关节摩擦的增加可使波动减弱,但会造成系统的能量损失,角速度、角加速度的数值也相应减小。(4)利用Matlab和Adams两种仿真软件对医用机械臂耦合动力学模型进行了仿真实验验证,证明了模型建立准确。同时还对耦合影响下的医用机械臂末端轨迹及不同负载下的角加速度进行了仿真实验分析。得出,耦合因素影响下,末端运行轨迹出现偏差,摩擦越大,偏差越大,末端负载的增大,造成关节处摩擦也增大,导致系统能量损耗增加,造成角加速度的波动减弱,幅值减小。