双驱动双连杆柔性臂系统建模与抑振仿真

一、双重驱动双连杆柔性臂系统建模与抑振仿真（论文文献综述）

李向东^[1]（2020）在《伺服驱动式柔性臂的主动振动抑制研究》文中研究说明柔性机械臂具有质量轻、能耗低、负载比高等优点,近些年来在先进制造、生物医药、深空探索等领域越发受到青睐,但是由于其包含谐波减速器或轻质连杆机构,使得柔性臂在运动过程中极易产生振动现象,进而使柔性臂的工作效率和控制精度严重降低。因此,本文以伺服驱动式柔性臂为被控对象,利用输入整形技术及压电智能材料对其振动控制问题展开了深入研究。首先,本文介绍了柔性臂振动抑制技术国内外研究现状,在此基础上使用假设模态法和拉格朗日方程建立了柔性臂弹性变形模型和动力学模型。通过Ansys和Matlab仿真验证了所建模型的准确性,分析得出了柔性臂的一阶模态占据主导地位,截取一阶模态既可以简化控制器设计又能够反映柔性臂的振动情况的结论。其次,采用前馈输入整形技术抑制柔性臂振荡,详细阐述了几种整形器的分析设计方法,并对整形器的抑振效果和鲁棒性进行了重点研究。仿真结果表明输入整形技术能够有效抑制柔性臂的振荡,单纯增加整形器的脉冲数量对抑振效果的提升并不明显还会使得系统的响应速度降低,而增加对振动方程求导的约束条件获得的整形器其抑振效果和鲁棒性都有了明显的改善。为了进一步降低柔性臂振动,采用压电材料作为振动传感器和制动器构成闭环反馈抑振系统,通过D优化准则获得压电元件的最佳抑振位置,并采用改进粒子群优化PID控制器抑振柔性臂振荡。仿真结果表明,柔性臂的根部应变值最大,是压电元件安装的最佳抑振位置,与传统PID控制相比,该控制方案可使柔性臂的振动曲线收敛速度加快,振动抑制效果有明显的提升。最后对全文的工作进行了总结,指出了课题工作中的不足和缺点,展望了未来研究工作的方向和重点。

杨佳炜^[2]（2019）在《带有柔性关节的空间机械臂系统的振动控制》文中进行了进一步梳理在机器人技术大力发展的背景下,越来越多的空间机械臂被投入到太空探索以及空间站技术等应用领域。因而,对空间机械臂系统的动力学建模以及振动控制等研究已成为研究的热点。本文以带有漂浮基的双柔性关节机械臂系统为研究对象,利用动量守恒定理和拉格朗日方程对其进行动力学建模,并通过MATLAB软件编程进行动力学特性分析。随后,分别采用轨迹规划和奇异摄动的方法对整个机械臂系统进行振动控制研究。利用轨迹规划进行振动控制时,选择摆线函数作为基础函数和优化过程中的插值函数,以基于柯西变异的粒子群算法作为优化算法,得到优化之后的运动轨迹,并利用数值仿真验证了此法的有效性;利用奇异摄动的方法对机械臂系统进行振动控制时,先将整个系统的动力学方程分解成表示刚性运动的慢变子系统和表示柔性振动的快变子系统两个部分,然后,针对慢变子系统,采用基于反馈线性化技术对其进行轨迹跟踪控制,针对快变子系统,采用基于线性二次型的最优控制方法对其进行减振控制,并利用数值仿真验证所设计的复合控制器的有效性。最后,利用现有的实验硬件设备以及根据实验要求设计的操作软件平台,进行了关节刚度的辨识实验,以及利用轨迹规划的方法进行柔性关节机械臂系统振动控制的实验研究。实验结果表明了所提出的振动控制方法的有效性。

刘玉飞^[3]（2016）在《直角坐标柔性机器人操作臂机电耦合动力学及振动特性研究》文中研究表明直角坐标机器人是工业机器人领域的重要组成,在机械加工、精密装配、上下料、喷涂等工艺中具有重要的应用。机器人操作臂是执行操作任务的关键部件,其结构性能和动态特性对直角坐标机器人的操作精度具有重要影响。传统的机器人操作臂采用刚性结构,整体结构较为笨重,增加了系统的体积质量和能耗。柔性操作臂具有轻质、灵活、能耗低等特点,能够有效降低机器人操作臂的体积质量,符合机器人轻型、高速、集成化的发展要求。然而,由于结构刚度低、阻尼小,柔性操作臂在执行任务、尤其是高速操作的过程中极易产生弹性变形和残余振动,严重影响其末端执行器的操作精度和效率,甚至导致操作失败或经济损失。为此,深入研究柔性操作臂的动力学及振动特性,既是柔性操作臂振动控制的基础,也是有效解决机器人由刚性向柔性发展的关键。作为典型的复杂机电系统,机器人伺服驱动与执行机构之间存在复杂的机电耦合关系,通过传动系统的作用而产生系统激励;对于高速轻型结构而言,机电耦合因素产生的系统激励将更为凸显。由于柔性操作臂模态较低,系统激励对其动态特性的影响将更显着,而机械结合部和柔性因素的存在进一步增强了系统耦合因素的影响。因此,研究柔性操作臂的振动特性,应充分考虑系统耦合因素的影响。本文在国家自然科学基金项目、教育部博士点基金项目、江苏省科技支撑计划项目和江苏省普通高校研究生科研创新计划项目的资助下,结合直角坐标机器人的结构和运动特征,基于理论建模、数值仿真分析、虚拟样机实验和实验系统测试手段,对柔性操作臂机电耦合动力学及振动特性开展研究。研究工作主要包括:（1）建立了直角坐标柔性机器人的动力学模型,完成了实验系统构建。基于Hamilton变分原理推导了柔性操作臂平移、伸缩和斜向运动特征下的动力学方程,分析了不同运动特征下柔性操作臂的振动特性;探讨了柔性操作臂匀速运动振动响应的初始条件,通过分析加速阶段柔性操作臂的振动响应,确定了匀速运行阶段振动响应的初始条件,基于此对柔性操作臂匀速运行的振动特性进行分析,并与虚拟样机实验结果进行对比验证;采用直角坐标机器人本体结构、环氧树脂材料柔性操作臂和螺栓连接结合部,搭建了直角坐标柔性机器人实验系统,介绍了实验系统的结构组成及其模拟柔性机器人系统耦合因素的可行性,对各运动特征下柔性操作臂的振动响应特性进行了实验测试分析。（2）研究了柔性操作臂结合部弹性约束模型及动态特性,探讨了结合部弹性约束的作用机理。考虑线约束和扭转约束作用,建立了螺栓结合部的弹性约束模型,根据虚功原理确定了柔性操作臂的边界约束条件,推导了其频率方程和振型函数,分析了柔性操作臂的频率和振型特性,揭示了结合部弹性约束对柔性操作臂模态特性的影响;采用灵敏度方法分析了线约束和扭转约束对频率的影响程度,给出了结合部的弹性约束区域,基于此对频率曲线进行拟合,表征了结合部约束刚度与频率之间的关系,分析了结合部弹性约束对柔性操作臂振动特性的影响;通过模态测试实验验证了弹性约束模型的有效性,为研究结合部弹性约束下柔性操作臂的机电耦合动态特性提供了理论模型。（3）开展了柔性操作臂机电耦合动力学建模及联合仿真虚拟实验。考虑系统存在的耦合关系,将驱动系统、传动系统和负载执行机构作为整体,建立了包含电磁系统与机械系统的系统全局耦合关系和物理模型,采用机电分析动力学方法,推导了系统的机电耦合动力学方程;采用Matlab/Simulink建立了系统的动力学仿真模型,对电机的输出转速和移动基座的运动特性进行分析,揭示了机电耦合作用下系统的运动波动规律;基于系统动力学仿真模型与虚拟样机模型,采用Matlab/Simulink和Adams/controls建立联合仿真模型,对机电耦合作用下柔性操作臂的振动特性进行联合仿真虚拟实验,为研究柔性操作臂的参数振动特性奠定了基础。（4）分析了机电耦合作用下柔性操作臂的参数振动特性和稳定性。表征了移动基座的运动特性方程,基于此推导了运动波动下柔性操作臂的参数振动方程,分析了柔性操作臂的参数振动特性,验证了运动波动的影响;根据柔性操作臂参数振动的稳态功率流特性,直观展现了柔性操作臂的振动能量分布,分析了结合部弹性约束对参数振动及稳态功率流的影响;采用直接多尺度方法推导确定了柔性操作臂参数振动的稳定性边界,讨论了结合部弹性约束和末端执行器负载对系统失稳区域的影响,通过实验测试分析了柔性操作臂的参数振动特性,验证了理论模型及分析结果的正确性。本文所取得的研究成果对深入开展多耦合状态下柔性操作臂的动力学和振动特性具有重要的指导意义,为柔性操作臂的机电耦合振动控制奠定了理论基础,对柔性机器人的集成设计具有重要的实际应用价值。

戴学丰,孙立宁,蔡鹤皋^[4]（2004）在《双重驱动双连杆柔性臂系统建模与抑振仿真》文中进行了进一步梳理以宏微双重驱动的双连杆柔性臂机器人为背景,研究其建模与振动控制问题。通过忽略弹性振动对刚性运动的影响,用拉格朗日方程建立了对刚性运动模型,建立了由伺服电机和压电陶瓷共同作用下的振动方程,然后在刚性模型基础上叠加振动模型实现了对柔性臂的描述;这种模型的优点是系统总的模型简单且易于同时考虑多个振动模态。最后给出了压电陶瓷抑振过程的计算机仿真结果。

二、双重驱动双连杆柔性臂系统建模与抑振仿真（论文开题报告）

（1）论文研究背景及目的

此处内容要求：

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例：

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

（2）本文研究方法

调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、双重驱动双连杆柔性臂系统建模与抑振仿真（论文提纲范文）

（1）伺服驱动式柔性臂的主动振动抑制研究（论文提纲范文）

（2）带有柔性关节的空间机械臂系统的振动控制（论文提纲范文）

（3）直角坐标柔性机器人操作臂机电耦合动力学及振动特性研究（论文提纲范文）

四、双重驱动双连杆柔性臂系统建模与抑振仿真（论文参考文献）

• [1]伺服驱动式柔性臂的主动振动抑制研究[D]. 李向东. 沈阳工业大学, 2020(01)
• [2]带有柔性关节的空间机械臂系统的振动控制[D]. 杨佳炜. 南京航空航天大学, 2019(02)
• [3]直角坐标柔性机器人操作臂机电耦合动力学及振动特性研究[D]. 刘玉飞. 中国矿业大学, 2016(02)
• [4]双重驱动双连杆柔性臂系统建模与抑振仿真[J]. 戴学丰,孙立宁,蔡鹤皋. 电机与控制学报, 2004(04)

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