基于能量法的柔性機(jī)械臂主動(dòng)控制研究.pdf

1、柔性機(jī)械臂由于具有高的負(fù)載/自重比、質(zhì)量輕、功耗低等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各種移動(dòng)機(jī)器人或者平臺(tái)上，在空間探索、軍事偵察、反恐排爆和家庭服務(wù)等領(lǐng)域占據(jù)越來(lái)越重要的地位。由于輕質(zhì)材料具有耗能低、結(jié)構(gòu)尺寸小等優(yōu)點(diǎn)，使得其廣泛的運(yùn)用于機(jī)械臂領(lǐng)域中，但是輕質(zhì)材料不可避免的存在柔度較大的缺點(diǎn)，這使得柔性機(jī)械臂在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生變形，從而造成機(jī)械的振動(dòng)。在航空、航天等高精度和高安全性領(lǐng)域中，輕微的振動(dòng)都有可能造成十分嚴(yán)重的后果，所以研究如何控制柔性機(jī)械臂

2、的振動(dòng)是十分重要的一個(gè)課題。
　　針對(duì)這一復(fù)雜的剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)，本文首先利用 Lagrange方程建立了其動(dòng)力學(xué)模型。其中采用有限段法對(duì)連續(xù)的振動(dòng)模型進(jìn)行離散化處理。仿真的結(jié)果表明該離散方法與傳統(tǒng)的有限單元法、假設(shè)模態(tài)法結(jié)果相同，均能完整地描述柔性機(jī)械臂的動(dòng)力學(xué)特性。這為以下基于能量的控制方法研究奠定了基礎(chǔ)。
　　建立數(shù)學(xué)模型以后，本文將一種控制方法（能量法）引入到柔性機(jī)械臂的控制中，通過(guò)李雅普諾夫收斂定理對(duì)能量法作用于柔性系

3、統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算，驗(yàn)證了系統(tǒng)是收斂的，然后在時(shí)域上計(jì)算和分析數(shù)學(xué)模型，分析其反饋量參數(shù)與影響因子之間的變化規(guī)律，從而得出合適的取值范圍。再運(yùn)用軟件仿真，根據(jù)仿真圖形對(duì)比驗(yàn)證模型是否正確。在有了數(shù)學(xué)模型和減振控制后，進(jìn)行空間柔性機(jī)械臂的動(dòng)力學(xué)仿真。分別以單柔性機(jī)械臂和雙柔性機(jī)械臂為對(duì)象，分析在不同控制方法下（PID控制方法與能量法控制方法）各個(gè)節(jié)點(diǎn)的振動(dòng)量、末端端點(diǎn)振動(dòng)量和機(jī)械臂轉(zhuǎn)角角度的動(dòng)力學(xué)相響應(yīng)曲線。然后基于這兩個(gè)仿真的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對(duì)比。