关键词：双连杆柔性臂;;伺服电机;;运动控制;;轨迹规划;;残余振动
摘 要：柔性机器人因其结构简单、重量轻、灵活度高等特点,目前在航空航天和工业领域中广泛应用。但柔性机构因其固有刚度较低,在运行过程中易产生自激振动或受外部激励产生振动,导致结构变形过大,从而影响到机器人的控制精度、定位精度和可靠性。柔性臂作为一种广泛应用的柔性结构,对其在运行过程中的振动形态和幅度进行有效控制,显得尤为重要。常规的通过外加控制器模式的主动或被动模式的抑振方法,都会引起柔性臂系统自身阻尼的变化和额外质量的增加,能耗较大。本课题拟通过对柔性机械臂系统的运动轨迹进行合理优化,在不改变柔性臂系统刚度、阻尼和质量等自身结构参数的前提下,基于机械臂的动力学特性,对机械臂关节处的电机实施优化控制,可有效降低柔性机械臂系统末端振动。本课题基于拉格朗日方程和假设模态法建立双连杆柔性机械臂系统的动力学模型,推导其动力学方程。在柔性机械臂动力学模型的基础上,基于最小振动原理,对其运动轨迹进行规划设计。基于上述约束条件,在关节坐标系下设计了三种机械臂的运动轨迹规划策略和运动学仿真分析,并进行了分析和比较。基于电磁场理论建立机械臂关节处伺服电机的数学模型,并结合运动轨迹规划,设计基于神经元的自适应PID控制器的电机控制策略。基于MATLAB软件对伺服电机的驱动和控制系统进行了数值仿真,并分析其对机械臂振动控制的效果的影响。搭建了双连杆柔性机械臂实验测试平台,该平台包含关节伺服电机、行星减速机、运动控制器、柔性臂和激光测振传感器及其系统。对前述三种运动轨迹规划策略分别进行了实验研究,并与理论分析相结合,分析轨迹规划对振动幅度的影响及其变化规律,实验结果与理论分析较为吻合,验证了本课题所提出的基于运动轨迹规划的柔性机械臂的抑振方法具有一定的效果。本课题同时也为柔性机械臂的振动有效控制提供了一种有益的思路和方法。
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