关键词：
柔性机械臂
多柔体系统动力学
被动控制
主动控制
数值仿真
摘要：
柔性机械臂是典型的刚柔耦合系统,其结构具有高度的非线性。由于它具有能耗低,操作速度快,可靠性高等优点,近几十年来在航天,医学,军事等领域得到了广泛的应用,并得到了众多学者的普遍关注。对于柔性机械臂,其动力学建模与主动控制较为困难,研究方法也多种多样。本文以双柔性机械臂系统为例,对其进行了如下研究:
(1)本文论述了柔性机械臂在国内外的研究现状,对其动力学建模的方法、算法及控制原理进行了比较和分析。
(2)本文以双柔性机械臂系统为例,第一杆是弹性梁,第二杆是层叠梁,即在弹性梁上加一层粘弹性材料和一层约束材料,这就是所谓的被动控制梁,即PCLD梁;或者在PCLD梁上加一个压电传感器,这就构成了所谓的主动控制梁,即ACLD梁。运动学采用相对描述方法,用Rayleigh—Ritz方法来描述梁的变形;建立了拉格朗日形式的动力学方程。
(3)通过采用独立的广义坐标形式,选取二阶模态的Rayleigh-Ritz方法,推导出了柔性机械臂系统动力学方程的递推式。
(4)应用MATLAB软件,采用四阶龙格库塔法,对双柔性机械臂的被动控制及主动控制了进行数值仿真,在时域内分析了在不同物理参数、几何参数和系统参数情况下对其动力学特性的影响。分析结果表明:被动约束装置可以对梁产生明显的减振效果,约束层与粘弹性层的厚度比对弹性振动的幅值和频率均产生明显的影响;通过调节约束层和粘弹性梁的厚度比可以改变振幅和频率;选用不同的粘弹性材料,会改变振动衰减的速度。在进行主动控制的仿真分析中可以看到,耗散因素、粘弹性材料的剪切模量、控制增益系数等因素的变化都将对梁的动力学特性产生很大的影响。
因此,本文的研究为柔性机械臂系统的动力学及控制方法的进一步研究提供了理论依据,为进一步实施控制及优化控制奠定了有利的基础。
欢迎来到三峡大学图书馆！
