空间柔性机械臂弯扭耦合振动的主动控制研究
柔性机械臂的控制技术研究
柔性机械臂的控制技术研究随着科技的发展，机械臂在工业、医疗、探险等领域得到了广泛应用。
然而，在某些特定场景下，刚性机械臂无法满足工作需要。
这时，柔性机械臂便成为了不可或缺的工具。
柔性机械臂具有纤细、精度高、便携等特性，适用于狭小空间、弯曲路径的作业等。
而柔性机械臂的控制技术则是保证其高效工作的基础。
一、柔性机械臂的特点与刚性机械臂相比，柔性机械臂不同在于其结构。
柔性机械臂采用可变形、可伸缩、可弯曲的柔性杆件，具有更广阔的应用范围。
柔性机械臂一般由伸缩机构、跟踪控制器、执行器等组成。
算上机械臂末端的工具，这些组件都是可柔性调整的。
二、柔性机械臂的控制技术研究柔性机械臂的控制技术包括硬件系统、控制程序和力传感器等方面。
控制程序的设计主要包括运动规划、轨迹跟踪、控制算法等。
柔性机械臂的受力学特性复杂，不同于刚性机械臂，其面临自身重力、非线性摩擦等问题。
传统控制方法上的误差会导致机械臂位置、力矩等不稳定。
因此，柔性机械臂的控制技术是具有挑战性的领域。
针对柔性机械臂的非线性和多变性特征，研究者采用基于人工神经网络的控制方法。
这种方法的优势在于，机器具有自我学习的特性，且在实际应用中具有较高的鲁棒性。
而且，增量式学习可以让机器在实际工作中不断优化自我控制程序，不断提高工作效率。
同时，研究者还关注力传感器技术的应用。
力传感器会将机械臂末端施加的力矩进行测量，从而实现对机械臂末端的力控制。
采用力控制的柔性机械臂可克服自身多变性，能够实现精确的工作操作。
三、柔性机械臂应用基于现有技术，柔性机械臂可应用于各种领域。
在食品加工装配等工业领域，柔性机械臂能够实现复杂、繁琐的操作。
其在装上机器人、捡取食品等一系列操作时，能够提高生产效率，减少产品被损坏的可能性。
在探险、勘察等非工业领域，柔性机械臂由于其细小形状、可弯曲的手臂，在某些狭小的空间中能够实现测量以及捕捉目标等功能。
四、未来展望随着技术的持续发展，柔性机械臂的控制技术将不断提高。
基于PPF算法的柔性机械臂振动主动控制仿真研究
算法原理， 然 后 详 细 论 述 了仿 真过 程 。 仿真结果表明 臂 的 前 两 阶 模 态振 动 。
关键词 ： 柔 性 机械 臂 振 动 控 制 正 位 移 反 馈
引 言
Ｌ Ｑ Ｇ、 Ｌ Ｑ Ｒ、 滑模 变结构 控制 、 独立 模态空 间控制 （ Ｉ ＭＳ Ｃ） 等 方 法 被 广 泛 采 用 于 柔 性 结 构 的振 动 主 动 控 制 中 。 但 Ｌ Ｑ Ｇ、 Ｌ Ｑ Ｒ 依 赖 精 确 的 数 学模 型而 导 致 其 使 用 时 变 得 繁 琐 ［ １ ３ ； 变 结 构 控 制 通 常 会 在 滑 动 平 面 原 点 附 近 产 生 高 频 颤 动 ．使 其 控 制 效
的创作那样完 整 、 周密 ， 而是将所 设计 的和声 、 织 体 较 快 地 在
琴 上 反 映 出来 。但 是 即 兴 不 等 于 随 意 ， 更 不 是 毫 无 章 法 地 乱 弹琴 ， 它 要 求 遵 循 一 定 的 规 律 和 原 则 。 教 师 应 当 把 理 论 与 实 践结合起 来教 学 ， 把 大课讲 解和小 课指 导结合 起来 。 给 学 生 详细讲解 调式 的性质 ， 介 绍和声 的功 能 。 指 导 学 生 多 弹 和 弦
识别和视奏能力、 创 造 性 思 维 及 良好 的 即兴 编 配 能 力 等 素 质 。 虽 然 学 前 教 育 专业 将 来 面 临 的是 幼儿 教 育 。不 一 定 要 有 特 别 高 的 钢 琴 演奏 技 巧 ． 但是要有较高的即兴伴奏能力 ， 就要 对 作 曲 等 一些 理论 知识 进 行 规 范 学 习 。因此 ， 老 师 要 帮 助 学 生 克 服 畏 难情 绪 和浮 躁心 理 ． 可 以通 过 和 学 生 进 行 四手 联 弹 、 让 学 生 欣 赏 老 师 示 范伴 奏 等方 法 培 养学 生 的 兴趣 和 乐 感 ，增 强 学 生 克 服 困难 的信 心 。 掌 握方 法 ． 勤学苦练。 ２ ． 加 强课 程 建 设 。 即 兴 伴 奏 是 即 兴 编 配 和 即兴 弹奏 相 兼 备的活动 ． 从教学难度上看 ， 属 于 一 门高 段 课 程 ， 它 是 将 学 生 从钢琴 、 声乐 、 和声等课所学 到的知识综合起 来运用 ， 既 是 对 各 个 课程 教学 质 量 的检 验 ， 又 是 将 各 科 学 到 的 知 识 加 以综 合 ， 对 于 学前 教育 专 业 学 生 能否 达 到 人 才 培养 质 量 的要 求 起 着 关
柔性机器人的自主机械臂运动控制研究
柔性机器人的自主机械臂运动控制研究柔性机器人，作为一种崭新的机器人技术，越来越受到人们的关注和重视。
与传统刚性机器人相比，柔性机器人具有更大的自由度、更高的灵活性和更好的适应性。
然而，柔性机器人的自主机械臂运动控制一直是一个具有挑战性的问题。
本文将对柔性机器人的自主机械臂运动控制进行研究和探讨。
一、柔性机器人的特点与挑战柔性机器人与刚性机器人最大的区别在于其柔软的结构。
柔性材料的运用使得机器臂可以实现更复杂的运动，并且能够适应不同的工作环境和任务。
然而，柔性机器人的自主机械臂运动控制面临着一些挑战。
首先，柔性机器人的运动受到非线性和时变特性的影响，使得控制算法的设计复杂化。
其次，柔性材料本身具有一定的延展性和刚度变化，对控制算法的精度和稳定性提出了更高的要求。
因此，如何有效地实现柔性机器人的自主机械臂运动控制成为了一个亟待解决的问题。
二、柔性机器人自主机械臂运动控制的方法针对柔性机器人的自主机械臂运动控制问题，目前学术界和工业界都提出了一些解决方法。
下面将介绍几种常见的方法。
1. 建模与控制建模是柔性机器人运动控制的关键一步。
通过对柔性机器人进行动力学建模和力学建模，可以得到机器人的运动学和动力学特性，为后续的控制算法设计提供基础。
现有的柔性机器人建模方法包括有限元法、模态分析法等。
2. 轨迹规划与优化柔性机器人的轨迹规划与优化主要解决如何使机器人的末端执行器按照既定的轨迹完成任务。
常用的轨迹规划方法有基于模型预测控制的方法、基于优化算法的方法等。
这些方法可以通过对机器人动力学特性和约束条件的考虑，实现更加准确和高效的轨迹规划。
3. 自适应控制自适应控制是指机器人根据外界环境和输入变化自主调整控制策略的能力。
对于柔性机器人的自主机械臂运动控制来说，自适应控制可以提高机器人在不同工作环境下的适应性和鲁棒性。
常见的自适应控制方法包括模型参考自适应控制、模糊自适应控制等。
三、柔性机器人自主机械臂运动控制的应用前景柔性机器人的自主机械臂运动控制不仅对于工业制造领域有着广泛的应用前景，还在医疗、服务机器人等领域有着巨大的潜力。
组合柔性机械臂动力学特性与振动抑制性能的研究的开题报告
组合柔性机械臂动力学特性与振动抑制性能的研究的开题报告一、研究背景柔性机械臂具有结构灵活、可冗余、质量轻等优点，在机器人领域中具有广泛应用前景。
然而，在实际应用过程中，柔性机械臂所带来的振动问题给控制系统带来了很大的挑战。
因此，研究柔性机械臂的动力学特性和振动抑制性能，对其优化设计和精确控制具有重要意义。
二、研究目的本文旨在：1. 深入探究柔性机械臂的动力学特性，分析和建立柔性机械臂的动力学模型。
2. 研究柔性机械臂的振动抑制性能，探究影响柔性机械臂振动的因素及其对振动抑制的影响。
3. 组合动力学与振动抑制分析，提出有效的柔性机械臂振动抑制方法并进行实验验证。
三、研究内容本文将围绕柔性机械臂的动力学特性和振动抑制性能展开研究工作，具体包括以下内容：1. 对柔性机械臂的动力学特性进行深入分析，在建立动力学模型的基础上模拟分析柔性机械臂的运动学和动力学特性。
2. 探究柔性机械臂振动的原因，包括结构刚度、质量分布等对柔性机械臂振动的影响，并对振动抑制技术进行综述。
3. 基于系统鲁棒控制的方法，提出柔性机械臂的振动抑制控制方法。
设计集中式控制器并验证其有效性。
4. 通过实验验证柔性机械臂的动力学特性和振动抑制性能，并与其他已有的方法进行比较，以评估所提出的方法的有效性和实用性。
四、研究意义本文研究的柔性机械臂动力学特性和振动抑制性能对提升柔性机械臂的精度和控制能力具有重要意义，具体有以下几点：1. 深入研究和掌握柔性机械臂的动力学特性和振动抑制技术，有助于优化柔性机械臂设计，提高其控制精度。
2. 所提出的柔性机械臂振动抑制控制方法，为柔性机械臂的实际应用提供了一种新的控制途径，具有重要的理论和实用价值。
3. 相关研究成果可以为机器人领域中的其他柔性结构的动力学分析和振动抑制技术提供有益借鉴和参考。
五、研究方法和技术路线本研究主要采用理论分析和实验验证相结合的方法，具体技术路线如下：1. 对柔性机械臂的动力学特性和振动抑制技术进行综述和分析，总结相关理论和方法。
柔性关节机械臂振动抑制控制策略的研究
硕士学位论文柔性关节机械臂振动抑制控制策略的研究（学术型）RESEARCH ON THE CONTROL STRATEGY OF VIBRATION SUPPRESION FOR THEFLEXIBLE-JOINT MANIPULATOR(Academic)任义哈尔滨工业大学2013年7月国内图书分类号：TP241.3 学校代码：10213 国际图书分类号：621 密级：公开工学硕士学位论文柔性关节机械臂振动抑制控制策略的研究（学术型）硕士研究生：任义导师：金明河教授申请学位：工学硕士学科：机械电子工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2013年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学Classified Index: TP241.3U.D.C: 621Dissertation for the Master Degree in EngineeringRESEARCH ON THE CONTROL STRATEGY OF VIBRATION SUPPRESION FOR THEFLEXIBLE-JOINT MANIPULATOR(Academic)Candidate：Ren YiSupervisor：Prof.Jin MingheAcademic Degree Applied for：Master of Engineering Speciality：Mechatronics Engineering Affiliation：School of Mechatronics Engineering Date of Defence：July, 2013Degree-Conferring-Institution：Harbin Institute of Technology哈尔滨工业大学工学硕士学位论摘要谐波减速器和力矩传感器等柔性元件因其独特性能而广泛应用在机器人关节系统中，以获取高减速比，对关节力矩的检测和实现关节的模块化。
刚—柔耦合问题与空间多杆柔性机械臂的动力学建模理论研究
刚—柔耦合问题与空间多杆柔性机械臂的动力学建模理论研究一、本文概述随着现代机器人技术的发展，空间多杆柔性机械臂在航天、深海探索、精密制造等领域的应用日益广泛。
这类机械臂在运动中不仅呈现出刚体动力学特性，而且由于结构柔性，其动力学行为还受到弹性变形的影响。
对刚—柔耦合问题的深入研究，以及建立准确的空间多杆柔性机械臂动力学模型，对于提高机械臂的运动精度、稳定性和控制效率具有重要意义。
本文旨在探讨空间多杆柔性机械臂的动力学建模理论。
我们将回顾和梳理刚—柔耦合问题的基本概念和研究现状，分析现有动力学模型的优缺点及适用范围。
接着，我们将基于弹性力学、多体动力学和计算机仿真技术，建立一种综合考虑刚体运动和弹性变形的动力学模型。
该模型将能够更准确地描述机械臂在运动过程中的动力学行为，为后续的轨迹规划、控制和优化提供理论基础。
本文还将对所建立的动力学模型进行实验验证。
通过对比仿真结果与实验结果，评估模型的准确性和可靠性，并提出改进和优化建议。
我们期望通过本文的研究，能够为空间多杆柔性机械臂的动力学建模提供新的理论和方法，推动相关领域的技术发展和应用创新。
二、刚-柔耦合问题的基础理论刚-柔耦合问题涉及机械系统中刚性部分与柔性部分之间的相互作用和动力学特性。
在解决这类问题时，我们需要结合刚体动力学和弹性力学的基本理论，对系统的整体运动进行建模和分析。
刚体动力学是研究刚体在力和力矩作用下的运动规律的学科。
根据牛顿第二定律，刚体的运动可以通过建立运动方程来描述，其中包含了刚体的质量、惯性矩以及所受的力和力矩。
这些方程可以通过数值方法求解，得到刚体的位移、速度和加速度等运动参数。
弹性力学则关注物体在受到外力作用时发生的形变和应力分布。
对于柔性机械臂，其弹性形变会对整体运动产生影响，因此需要考虑其弹性特性。
在弹性力学中，物体的形变可以通过位移场来描述，而位移场满足弹性力学的基本方程，如平衡方程、几何方程和本构方程。
在刚-柔耦合问题中，我们需要将刚体动力学和弹性力学的基本理论相结合，建立系统的整体动力学模型。
柔性机械臂的建模与控制策略研究
柔性机械臂的建模与控制策略研究柔性机械臂是近年来工业领域研究的热点之一，具有广泛的应用前景。
本文就柔性机械臂的建模和控制策略进行研究，探讨其在工业自动化、医疗护理、航空航天等领域的应用和发展。
1. 引言柔性机械臂是模仿人类手臂的运动方式和结构特点，具有高柔顺性、高位移范围和高精准度的特点。
其模块化、可重构的特性为机器人技术的发展带来新的机遇和挑战。
2. 柔性机械臂的建模柔性机械臂的建模是实现精确运动和控制的重要基础。
对于柔性机械臂的建模，可以采用传统的拉格朗日动力学方法，也可以利用有限元法进行建模。
拉格朗日动力学方法适用于解析建模和控制策略研究，而有限元法则更适用于复杂结构的柔性机械臂，可以更准确地预测系统的特性和行为。
3. 柔性机械臂的控制策略柔性机械臂的控制策略是确保其运动精度和稳定性的关键。
常用的控制策略包括PID控制器、模糊控制器和自适应控制器等。
在柔性机械臂的控制过程中，应结合建模结果和实际应用需求，选择合适的控制策略，并对其参数进行调节和优化，以提高控制性能和系统响应速度。
4. 柔性机械臂在工业自动化中的应用柔性机械臂在工业自动化中广泛应用于装配、搬运、焊接等任务。
与传统机械臂相比，柔性机械臂在操作环境适应性、安全性和精度上有显著优势。
它不仅可以适应复杂工作环境，还可以进行细小、灵活和精密的动作。
5. 柔性机械臂在医疗护理中的应用柔性机械臂在医疗护理中的应用正在引起越来越多的关注。
它可以完成手术、康复和病房护理等任务，为医生和护士提供更好的帮助和支持。
柔性机械臂的高柔顺性和灵活性使得它能够更好地适应患者的生理特点和需求，提高医疗护理的效率和质量。
6. 柔性机械臂在航空航天中的应用柔性机械臂在航空航天领域的应用也具有广阔的前景。
它可以用于航天器的维修、轨道器的捕获和星座组网等任务。
柔性机械臂的高位移范围和高精度使得它能够适应复杂的航天环境，并完成一系列复杂任务。
7. 研究展望柔性机械臂的建模与控制策略研究仍然存在一些挑战和待解决的问题。
一种柔性机械臂旋转运动和振动的主动控制方法
4月 第4 期
机械科学与技术 Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering
April Vol． 31
2012 No． 4
一种柔性机械臂旋转运动和振动 的主动控制方法
1 1 韩清鹏 ， 于晓光 ， 唐 （
2
School of Mechanical Engineering and Automation，Northeastern University，Shenyang 110004 ）
Abstract： The PZT material was selected in this paper to control the vibration of flexible manipulator． The inverse piezoelectric effects of the PZT material and the principle of suppressing vibration were introduced． PZT actuators and joint control torque were respectively used to control vibration and rotary motion of flexible manipulator． The flexible manipulator was controlled to achieve the desired position in limited time by joint control torque and manipulator's vibration was actively controlled by PZT actuators during motion． The dynamic equations of flexible manipulator system were established． PZT actuators control strategy and joint control torque were designed． The numerical simulation results proved the method of the designed PZT actuator control strategy and joint control torque was effective． Key words： flexible manipulator； joint torque control； PZT actuators； vibration control 柔性机械臂具有操作速度快、 能量消耗少、 构件 紧凑、 载荷质量比大等优点， 在现代工业中得到广泛 的应用。但是， 由于其高速运动时刚体运动与和弹 性变形相互耦合， 容易产生高频振动， 且其末端运动 往往偏离较大， 直接影响系统的稳定与控制精度 。 例如， 加工机械臂在高速运行时， 其定位精度会受到
六自由度空间柔性机械臂的动力学分析与控制论文
六自由度空间柔性机械臂的动力学分析与控制论文北京邮电大学硕士学位论文六自由度空间柔性机械臂的动力学分析与控制姓名:郭秉华申请学位级别:硕士专业:机械设计及理论指导教师:贾庆轩20090215北京邮电人学硕士学位论文六自由度空间柔性机械臂的动力学分析与控制摘要随着世纪航天事业的迅速发展和对太空探索的不断深入,未来空间任务越来越多,如空间站的建造维护、空间设备的维修、科学实验等, 目前尚不能全靠宇航员来完成,由于空间机械臂具有适应太空作业环境的能力,利用空间机械臂完成一些太空作业任务具有重要的意义,已经成为空间技术研究领域内的一个重要的研究方向。
本论文的研究内容来源于教育部科学技术研究重大项目“空间柔性机器入动力学/控制耦合系统的研究,本论文以此为依托,重点对大型空间柔性机械臂动力学建模理论和控制策略进行了深入的分析和研究,本文的主要工作如下:首先,本文首先对空间六自由度柔性机械臂的动力学建模方法进行研究。
针对设计的六自由度空间柔性机械臂,采用假设模态法描述臂杆的柔性,运用方法建立了空间柔性机械臂的动力学模型。
分析机械臂关节柔性约束,给出了臂杆的弹性.阻尼边界条件,通过仿真和试验研究,验证柔性机械臂在此约束条件下的动力学特性。
其次,为验证柔性机械臂的固有频率等动力学特性,在有限元环境下,对柔性机械臂进行瞬态响应分析、频率响应分析,并通过实际的模态分析试验,验证其动力学特性。
再次,针对空间柔性机械臂的控制任务,应用奇异摄动理论将柔性机械臂的动力学方程分解为慢变子系统和快变子系统,采用复合控制策略实现精确轨迹跟踪的同时实现有效的振动抑制;在慢变子系统中,设计模糊滑模控制策略提高机械臂刚性运动的鲁棒性,快变子系统中,采用控制抑制柔性机械臂的弹性振动。
仿真结果表明:提出的控制策略不仅可保证高精度的定位控制精度,而且可有效的抑制弹性振动。
为验证建模理论和控制策略的正确性和有效性,本文建立了一个两自由度的柔性机械臂的地面试验平台,并进行试验研究。
漂浮基柔性空间机械臂关节运动的拟增广自适应控制及柔性振动实时主动抑制
馈载体位置 、 移动速度和移动加速度的显 著优点 。系统 的数值仿真 ， 了方法的有效性。 证实
关 键 词 ：漂 浮基 柔 性 空 间机 械 臂 ； 自适 应 控 制 ； 广变 量 法 ； 时抑 振 ； 知参 数 增 实 未
中图 分 类 号 ：Ｔ ２ １ Ｐ ４ 文 献 标 识 码 ：Ａ
空间机 器 人 可 以替 代 宇 航 员更 高效 、 安 全地 进 更 行 太空在 轨作 业 ， 因此 对 空 间机 器 人 系统 动 力 学 建 模 与控制 问题 的研 究 也 得 到 各 国 研 究 人 员 的 广 泛 注 意【 ｊ ｌ 。在实 际 的太 空 应 用 中 ， 间 机器 人 的 机 械 臂 空
振
动
与
冲
击
第２ ９卷第 １ 期
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＶＩ ＢＲＡＴ ＯＮ ＡＮＤ Ｓ Ｉ ＨＯＣＫ
漂 浮基 柔 性 空间机械 臂 关节 运 动 的拟增 广 自适 应 控 制 及 柔 性 振 动 实 时 主 动 抑 制
洪 昭斌 ，陈 力
３０ ０ ） ５０ ２
（ 州 大 学 机械 工程 及 自动 化 学 院 ， 州 福 福
摘 要 ：讨论了载体位置、 姿态均不受控情况下， 自由漂浮柔性空间机械臂系统关节运动的拟增广自适应控制和
柔性振动实时主动抑制 问题 。此类机器人系统的特点在 于 ： 结合系统动量及 动量矩守恒关系得到的完全能控 形式 的系统
柔性机械臂动力学建模和控制研究
柔性机械臂动力学建模和控制研究随着机器人技术的不断发展，柔性机械臂在工业生产、医疗康复等领域的应用越来越广泛。
柔性机械臂具有更好的适应性和灵活性，可以完成许多传统刚性机械臂难以完成的任务。
然而，由于柔性机械臂的结构和工作原理不同于传统刚性机械臂，其动力学建模和控制也更具挑战性。
本文将对柔性机械臂的动力学建模和控制方法进行深入研究。
在搜集资料的过程中，我们发现柔性机械臂的动力学建模和控制研究已经取得了一定的进展。
国内外学者针对柔性机械臂的动力学建模和控制问题开展了大量研究。
在柔性机械臂的动力学建模方面，现有的研究主要集中在采用有限元方法、基于弹性力学理论和数值计算等方面。
在控制方法方面，研究主要集中在基于逆动力学、滑模变结构、神经网络等算法的应用。
根据前人研究成果，我们构建了一种新型的柔性机械臂动力学模型。
该模型包括机械臂的杆件、联接件和驱动器等部件，考虑了材料的弹性、阻尼和摩擦等因素。
同时，我们还建立了机械臂在不同操作空间和姿态下的动力学方程，为后续的控制算法设计提供了基础。
在分析数据阶段，我们对所建立的柔性机械臂动力学模型进行了详细的分析，计算了机械臂在不同条件下的运动状态和响应。
通过与实验数据的对比，我们验证了所建立模型的准确性和有效性。
我们还对控制算法进行了设计和仿真，并对其性能进行了评估和优化。
总结本文的研究成果，我们成功地建立了柔性机械臂的动力学模型，并对其运动状态和响应进行了详细的分析。
同时，我们还设计了一种基于逆动力学的控制算法，实现了对柔性机械臂的有效控制。
然而，现有的研究成果还存在一些问题和挑战，例如模型的复杂度较高，需要进一步简化；同时，现有的控制算法还需要进一步优化以提高实时性。
展望未来，我们建议后续的研究可以从以下方向展开：1）研究更高效的模型简化方法，提高计算效率；2）设计更加智能的控制算法，实现更加精准的实时控制；3）考虑将柔性机械臂应用于更多的实际场景，拓展其应用范围。
柔性机械臂控制研究
去梁的剪变形 ，即假设梁只有弯 曲变形 ，而在杆纵向方 向完全是刚性 。 这样 的处理方式对于长度与截面比较大 的梁所产 生的误差可以忽略不计 。但是对于长度与横截
面 比较小的梁则不能略去 。Ｔ ｉ ｍ ｏ ｓ ｈ ｅ ｎ ｋ粱则 同时考虑 了
梁 的剪变形和梁 的弯 曲变形 ，适 合运用于各种 形状 的
域 的研究做 了系统的梳理 ，有助 于该领域的科研工作 者更好地认识这一领域的发展概况，具有积极 意义。 关键词：柔性机械臂；研究现状 ；分析
中图分类号：Ｔ Ｐ ２ ４ １ 文献标识码 ：Ａ 文章编码 ：１ ６ ７ ２ — ３ ８ ７ ２（ ２ ０ １ ５ ）０ ４ － ０ ０ ３ ２ — ０ ４
电机传动 以及机械臂耦合之 间的变 形，常用集装参数模 型来表述 。国 内外学者对柔 性机械臂建模 做 了许 多研 究，文献 … 做 了详细的介 绍。文献 介绍 了关于柔 性关 节和柔性连杆 的耦合作用 。 经过近十多年的发展 ， 柔性连杆机械臂的动力学建
等科技 强 国对柔性机械 臂 的研究十分看 重并走在世 界 前沿，我国的各个科学研 究院所在机械臂研究领域也取
方法 。
作用力都等效作用在 节点上 。 通过集中质量法对机械臂
进行近似化处理后，通过求解每个节点的受力平衡与边
界条件 ，就 能够求得柔性机械臂动力学方程 。集中质量 法条理清楚 ，善于处理物理形状十分复杂 的机 械臂，但
其与有 限元法相 比较 ， 在相 同的 自由度数 目下精度要比 有限元法要低 。Ｆ ｅ ｌ ｉ ｕ Ｊ ｏ ｒ ｇ ｅ 、Ｇ ａ ｍ ａ ｒ ｒ ａ — Ｒ ｏ ｓ ａ ｄ ｏ Ｖ ０等 学者在这方面进行 了很多的研究工作 。 ４ ）有 限段法。有 限段方法是 Ｒ Ｌ ． Ｈ ｕ ｓ ｔ ｏ ｎ在研 究缆
探究柔性机械臂的振动控制
探 究柔 （ 广东 明 阳风 电产业集 团有限 公 司 ， 广东 中山 ５ ２ ８ ４ ３ ７ ）
摘要 ： 对 柔性机械 臂 的振 动控 制进行 了全 面分析 ， 并建 立 起 了相 关 实验 系统 ， 使 用 了Ｐ Ｉ Ｄ 的控 制 措 施 ， 指 出Ｐ Ｉ Ｄ的 相 关控 １ ． ２ ． １ 前 馈补偿方式 所谓 前馈补 偿法 ， 指的就 是把机 械臂 柔性 变形 所 出现 的机 制对 于闭环反馈 相互结合 的有效 性 ， 在 根本 上说 明 了闲环应 变 械 震 动看成 是对 于 刚性运 动 的干扰 ， 这种 干扰 值是 确定 的 ， 比 反 馈 比Ｐ Ｉ Ｄ控 制更有效 。 如 国外学者 就 采用这 种 方式 对机 械震动 臂 的控制 进 行 了全面 关键词 ： 柔性机械臂 ； 振 动控制 ； 闭环反馈控 制 研究 ， 利 用 这种补 偿变 形 的前馈 控制 方式 ， 能够 在根 本上 将驱 很显然 ， 这种 方式 的鲁棒性较 差 ， 非 常依赖动 机械 臂 柔性动 力分 析和 相 关控 制理 论 已经成 为 了我 国航 动力矩加 以控制 ， 空航天 与机械 工程力学 中涉及 到的研 究重点 ， 从 当前的现状 来 力模型精 准度。 看， 机械 臂在 相关 构造 上存 在一 定的 缺点 ， 那就是 笨 重 。工业 １ ． ２ ． ２被 动 控 制 方 式 在 柔性 机械 臂 中 ， 全面 采用 了 阻尼减 振设 备 ， 涂 料和 度和 用机械 人 的 自身重量和 载 重比例 约为 １ ０ ： １ —３ ０ ： １ 之间， 人 的负 其合 金或者弹性 阻尼 材料所 形成的结 构都 属于 阻尼 载能 力 能够达 到 １： １ ， 为 了适 应工 程 的实 际需要 ， 开 发 出更 高 性金 属板 ， 水平 的机 器人 ， 就 要 对机械 系统 动力 学进 行深 入研 究 ， 其 中涉 控制 ， 这 种控制 方式能够 在一定 的宽频 中将相 关结构振 动加 以 并减 少了振动 的衰减 。有学者 对单 柔性机械 臂的被 及到 的领 域包括 动 力学 、 控 制策 略 、 结构 的设 计 、 信 息的获 取 、 全面 抑制 ， 模拟 计算 和机 电控 制等 方面 。 当前 我 国对于 刚性 机 器人 的相 动控制进 行 了全面研 究。 关研 究 工作也 １ ３益 成熟 ， 在 国际上 ， 研 究重 点放 在 了柔性机 械 １ ． ２ ． ３主动控制 方式 这 里所 提到 的 主动控 制 指的 是利 用外部 输 入的 方式 获取 人 系统 中 ， 相关典 型结构就是 柔性 机械臂 。 的期 望阻尼系统 与刚性控制 的方式 ， 在１ ９ ９ ５ 年 ， 就 有学者对 柔 １柔性机械臂动力学和相关控制 问题 性机 械臂的 主动控制 问题进 行 了全 面研究 ， 有 学者在 刚性机 械 有 关 柔性机 械 臂的研 究可 以详 细分 为控 制 方法 与动 力学 臂 反馈的基 础上 ， 利用 相关矩 阵 中增加 和模态 坐标相 对应 的增 建模两 大方 面 ， 对 其进行研 究的根 本 目的在于将 柔性机械 臂运 益项 目， 其 目的是在根 本上将 柔性机械 臂对弹 性震动 所产 生的 动时 产生的 变形振动 从根本 上加以抑 制 ， 从而为 机械臂 末端 的 阻尼进 行全 面研 究 ， 并 在一定 程 度上达 到 了控制 效果 ， 有人 使 准确性 和运动过程 中的精确轨迹做保 障。 用 聚偏 二氟 乙烯 和复 合材料 结 合 ， 制造 出 了三 层的薄 板结 构 ， １ ． １柔性 机械臂 的动力 学建模 上 层是 压 电驱动 设备 ， 下层是 压 电传 感设备 ， 中 间则是 复 合材 柔性机 械 臂的 动力 学建模 主要 研 究 内容是 对柔 性机 械 臂 动 态变 形过程 进行 全面 模拟 ， 在根 本上 建立相 关控 制 系统 ， 并 料 。并 在根 本上 给 出 了机 敏结 构的 相关 控制 系统 为主 的有 限 从 当前的 情况 来看 ， 这 种 目标还 不能 在根 本上 得 以实 将 其作 为控制 器 的设计 依据 。随 着相 关 柔性 系统和 柔性 机械 元 模型 ， 现 ， 使 用压 电陶瓷 当做 驱动 器 ， 传 感器 ， 使用 电脑对 其进行 优化 臂 持续 增大 ， 以往 的建模 方式 逐渐 失去 了有 效性 ， 甚 至 使用 以 控 制 ， 是一 个抑制机械振 动的有效方 式。 往 的建模 方式还 会产 生一 些副作 用 。国外专 家 Ｌ Ｉ Ｋ Ｉ Ｎ Ｓ 使用牛 １ ． ２ ． ４ 智 能控制方式 顿 力学 中涉 及到的 刚柔耦 合运动 中混合坐标 的概 念 ， 来 进行 建 智能 的控制 理论 的相 关发展 ， 为柔性机 械的振 动控制 提供 模 。Ｆ Ｒ Ｉ Ｓ Ｃ Ｈ使用 矩阵 与 矢和 两种 力学描 述 方式 ， 将 集 中质 量 对控 制输 入序 列进 行学 习 ， 把 确定输 入 的序 列前 和 分布 质量 的动力模 型建立 了起来 ， 布克使 用 Ｌ Ａ Ｇ Ｒ ＡＮ Ｇ与 Ｎ — 了新 的道路 ， 这 种控制 方式对 于多种 周期性 确定 系 Ｅ方式 建立起来 了集 中质量 与分部 质量 的柔性结构 的动 力学 模 馈作用 在控制 系统之 中 ， 除此 之外 ， 神 经网络 的相 关控 制在 柔性 机械 型， Ｓ ｈ ａ ｂ ａ ｎ ａ 使 用相 同质 量的 有 限元方 式对 变形 体加 以 全面 离 统是非 常适 用 的 ， 臂振动过程 中也得到 了一 定的研究 。 散， 利用 在浮 动坐标 下 的有 限元 函数 对柔性 体模 型进 行描 述 ， 使 用同一类 别 Ｌ Ａ Ｇ Ｒ Ａ Ｎ Ｇ的方式建 立起平面与 空间 中柔性体 力 ２柔性机械臂振动的相关控制实验 学 的动 力学 模型 。Ｋ Ａ Ｎ Ｅ等 学者使用 变形约束 的方式建立梁 氏 ２ ． １实验 系统 部 件 中涉 及到 的动 力学方 程 ， 并 以此 为基 础 ， 创设 了与之相 关 在图１ 中展示 了柔性机 械臂的相关 原理 的动 力学 的刚 化问题 。上 述对 柔性 动 力学方 程进 行建 模 的方 式 各 有千秋 ， 在不 同 实际情 况下 ， 结合 柔性 机械 臂 自身特征 与 相关环境 ， 来选择相对具 体的动 力学建模方式 。
柔性空间机械臂的动力学仿真及控制
柔性空间机械臂的动力学仿真及控制宋云雪;胡文杰【摘要】This paper introduces the basic theory of flexible manipulator and method used to establish its model and creates the mo-dal neutal file of the space manipulator with ANSYS. And then, the file is imported to ADAMS to replace the rigid part of the flexible body and its dynamics simulation is comducted and the effect of its kinetic characteristics on manipulator is analyzed. The feedback control unit is created in simulink. The co-simulation of ADAMS and MATLAB is conducted to regulate the motion trajectory of the space manipulator. The reference and basis are provided for its optimal design.%介绍了柔性机械臂的基本理论及建模方法，利用有限元软件ANSYS创建机械臂的模态中性文件，并导入到多体系统动力学仿真软件ADAMS中，替换掉机械臂的相应刚性结构部分，进行运动学和动力学仿真，对比分析柔性体对机械臂末端执行器运动精度及动力学特性的影响，再进行ADAMS和MATLAB的联合仿真，在simulink中建立反馈控制方案，实现机械臂末端执行器运动轨迹的精确调控，为空间机械臂的优化设计提供参考和依据。
柔性空间机械臂末端运动及柔性振动的模糊自适应补偿控制
ｓｒｄ ｔ ｊｃｏｙ ａ ｄ ｔ ｓ ｐ ｒｓ ｉｒｔ ｎ ｈ ａ ｔｓ ｂ ｙｔｍ ｃ ｎｒｌ ｒｄ ｍｐ ｕ ｈ ｉｒｔ ｎ ｏ ｈ ｉ ｒ ｅ ｔｒ ｎ ｏ ｕ ｐｅ ｓｖｂａｉ ．Ｔ ｅ ｆｓ ｕ ｓ ｓ ｏ ｔ ｌ ａ ｓｏ ｔｔｅ ｖｂ ａｉ ｆｔｅ ｅ ａ ｏ ｅ ｏｅ ｏ
振 动 优 化 控 制
中 图 分 类 号 ： Ｐ ４ Ｔ２１
文 献标 志码 ： Ａ
文 章 编 号 ： ０ ０１９ （ ０ ） ｌ ０ ５１ １０ — ３ ２ １ ０ － ４ —３ ０ １ ０
Ｆｕ ｚ ｇ ｃ Ａｄａ ｔｖ ｍ ｐｅ ｓ ｔｏ ｎｔ ｏ ｆＥｎｄ－ ｆｅ ｔＭ ｏ ｔｏ ｎｄ ｚ ｙ Ｌｏ ｉ ｐ ｉ ｅ Ｃｏ ｎ ａ ｉ ｎ Ｃｏ ｒ ｌｏ ｅ ｆ ｃ ｎｉｎ ａ
第３ ２卷 第 １ 期
２０１ １年 １月
兵
工
学
报
Ｖｏ ． ２ １ ３ ＮＯ １ ．
ＡＣＴＡ ＡＲＭ ＡＭＥＮＴＡＲＩ １
Ｊ 问机 械 臂末 端 运动 及 柔 性 振 动 的 模 糊 自适 应补 偿 控 制
粱 捷 ，陈 力
（ 州 大 学 机 械 工 程 及 自动化 学 院 ，福 建 福 州 ３ ０ ０ ） 福 ５ １ ８
摘要 ： 论 了载体 位置 不 受控 、 态 受控 情 况下 ， 讨 姿 具有 不确定 参数 的 漂浮基 柔 性空 间机械 臂 系
统 载 体 姿 态 与 末 端 爪 手 惯 性 空 间轨 迹 跟 踪 的模 糊 自适 应 补 偿 控 制 和 柔 性 振 动优 化 控 制 问题 。 利 用
拉格 朗 日方程 和假设 模 态法并 结合 系统 动量 守恒 关 系， 析 、 立 了柔性 空 间机 械臂 系统 的动 力学 分 建
自由浮动空间柔性机械臂轨迹跟踪与抑振控制
Doctor of Philosophy (Master of Engineering) February, 2012
压电柔性机械臂系统辨识与振动主动控制
第41卷第1期2021年2月振动、测试与诊断Vol.41No.1Feb.2021 Journal of Vibration，Measurement&Diagnosis压电柔性机械臂系统辨识与振动主动控制∗康建云，毕果，苏史博（厦门大学航空航天学院厦门，361005）摘要以Euler⁃Bernoulli悬臂梁为实验模型，研究了压电柔性机械臂系统的模型建立和振动主动控制的问题。
首先，针对柔性构件在建模过程中的复杂性和非线性等特点，采用实验辨识的方法建立了由压电致动器输入到压电传感桥路的输出之间的传递函数模型；其次，对于压电柔性机械臂的弹性振动问题，基于线性二次型最优控制理论，针对加权矩阵难以解析的关键问题，将遗传算法应用于控制器的设计中，对加权矩阵进行优化设计；然后，在理论研究的基础上搭建硬件实验平台，编写了软件测控程序，并开展压电柔性机械臂振动控制的实验研究；最后，对柔性臂在自由衰减和持续激励的情况下分别进行振动主动控制实验。
实验结果表明，柔性臂在2种激励下的振动均得到了有效抑制。
关键词柔性机械臂；系统辨识；遗传算法；振动控制中图分类号TH113.1；TP24；TB535引言由于具有效率高、能耗低、载荷比大以及构建设计紧凑等优点，以空间站吊装用机械臂、大型柔性天线、空间太阳能帆板为代表的柔性构件在在航空航天领域得到了广泛应用［1］。
但是，柔性结构体由于其固有的低刚度和低阻尼特性，在操作过程中受到不规律的外扰动力很容易产生幅度较大且不易衰减的弹性振动，影响了操作过程中的定位精度和操作效率，无法满足实际操作需要。
随着智能柔性臂的发展，响应速度、定位精度以及重载等关键问题日益突出，因此必须对柔性机械臂进行必要的振动控制。
压电类材料作为一种能够将电能与机械能互相转换的材料，具有结构紧凑、响应时间快和能量转换效率高等特性，为柔性结构的振动主动控制提供了新的思路。
学者们对基于压电柔性机械臂的振动主动控制进行了广泛研究［2⁃3］。
柔性航天器在轨振动主动控制研究
柔性航天器在轨振动主动控制研究柔性航天器在轨振动主动控制研究摘要：柔性航天器是一种采用柔性结构材料构造的航天器，具有重量轻、结构自抗力高、耐久性好等优点。
然而，在轨道工作时，航天器会受到各种外界扰动引起的振动，这对航天器的性能和工作条件带来了挑战。
因此，研究如何对柔性航天器进行主动控制成为了一个热点领域。
本文介绍了柔性航天器在轨振动的一些特点和挑战，并提出了一种主动控制方法，以降低振动对航天器的影响。
1. 引言柔性航天器由于重量轻、抗振性强的特点，被广泛应用于卫星、空间站和太空探测器等领域。
然而，由于外界扰动的存在，柔性航天器会出现不同程度的振动，这不仅会影响航天器的性能，还会减少其工作寿命。
因此，研究如何对柔性航天器进行主动控制成为了许多研究人员关注的焦点。
2. 柔性航天器在轨振动的特点在轨道工作时，柔性航天器会受到多种外界扰动所引起的振动，包括宇宙尘埃、宇宙辐射、太阳风等。
这些扰动会导致航天器的振动频率和幅度增大，对航天器的结构造成很大的影响。
此外，柔性航天器的结构材料通常具有频率响应宽、阻尼性能差、模态密度高等特点，这也增加了对振动的敏感度。
3. 柔性航天器振动主动控制方法为了降低柔性航天器在轨振动的影响，研究人员提出了多种主动控制方法。
其中，最常用的方法是采用主动振动控制系统，通过在柔性航天器上安装伺服执行器和传感器，在不同位置和方向上施加力或扭矩，来主动调节和控制振动。
4. 主动控制算法为了实现有效的主动振动控制，研究人员设计了多种控制算法，如PID控制、自适应控制和模型预测控制等。
其中，模型预测控制是一种广泛使用的算法，它通过建立柔性航天器的数学模型，并根据此模型进行振动控制。
5. 实验验证为了验证主动控制方法的有效性，研究人员进行了一系列实验。
实验结果表明，主动控制方法能够明显降低柔性航天器的振动幅度和频率，提高其结构的稳定性和寿命。
6. 结论柔性航天器在轨振动是一个具有挑战性的问题，但通过采用主动控制方法，可以有效地降低振动对航天器的影响。
柔性机械臂振动控制
柔性机械臂振动控制1引言随着人类科技水平的不断进步，机器人的应用越来越广泛。
新一代机器人正向着高速化、精密化和轻型化的方向飞速发展, 传统的将机器人视为刚体系统的分析与设计方法已显得愈加不适用。
近二十年,计及构件及关节弹性影响的柔性机器人动力学分析与振动控制问题已受到国内外学者的广泛关注[1]。
在工业、医疗、军事等领域内，它能够代替人类完成大量重复、机械的工作。
近些年，人类对外太空的探索不断深入，空间机器人因为具有较强的恶劣环境的适应能力，且完成任务的精确程度较高，正受到越来越多科研机构的关注和重视。
机械臂作为机器人的重要组成部分，其未来的发展趋势是高速、高精度和轻型化。
操作灵活、性能稳定的柔性机械臂，无论在航天领域还是在工业领域都具有很高的应用价值。
柔性机械臂系统的动力学特点是大范围刚体运动的同时，伴随着柔性臂杆的小幅弹性振动。
柔性臂杆的弹性振动将极大地影响机械臂末端的定位精度，甚至影响机器人系统的稳定性。
2研究背景及意义随着工业自动化程度的提高，工业机器人的应用范围也从传统的汽车制造领域推广到了机械加工业、电子电气业、食品工业、物流、医疗等领域，机器人的科，类包括了焊接机器人、喷涂机器人、洁净机器人和医疗机器人等。
瑞典ABB公司制造的“IRB5400-12”喷涂机器人(图1所示)，具有6个自由度，工作时关节轴的最大转速137o/S，末端定位精度0.15mm，其性能特点是喷涂精确、工作域大、负载能力强且运行可靠性高。
日本FANUC公司制造的“M-10iA”工业机器人(图2所示)，工作半径1420mm，重复精度士0.8mm，主要用途包括搬运、弧焊、机床上下料等。
图1 IRB“5400-12”喷漆机器人图2 “M-10iA”工业机器人日本松下公司和IRT研究院（(Information and Robotics Technology）联合研制的“KAR”洗碗机辅助机器人(图3所示)，臂杆上安装了18个传感器，手爪配备防滑材料，可以牢牢抓住碗碟，防止意外跌落[2]。
自由浮动空间柔性双臂机器人系统的动力学控制研究
自由浮动空间柔性双臂机器人系统的动力学控制研究
近年来,空间柔性双臂机器人的研究受到了广泛的关注。
由于柔性机械臂在运动中会发生变形和振动,同时考虑空间机器人在空间存在着很强的外界干扰和系统建模误差,这给空间柔性机器人的定位和跟踪控制带来了很多的问题。
因此,针对自由浮动空间柔性双臂机器人动力学系统的振动和鲁棒性问题,
本文进行了深入的研究,并进行了仿真实验论证。
本文首先基于假设模态法、拉格朗日方程和动量守恒,推导了自由浮动空间柔性双臂机器人开链系统的动力学模型,并考虑系统存在建模误差情况下利用计算力矩法实现了末端执行器的轨迹跟踪。
针对柔性机械臂的弹性振动和系统鲁棒性问题,采用一种基于Lyapunov第
二法的鲁棒跟踪控制和二次型最优混合控制方法,实现自由浮动空间柔性双臂机器人在轨迹跟踪中的振动主动控制,并通过仿真实验证明了该方法的有效性。
其次,对于机械臂与刚性负载组成的闭链系统,本文采用一种基于TSK模糊模型的
自适应控制和模态力混合控制方法,实现刚性负载的动力学轨迹跟踪的振动控制。
此方法在有建模误差和干扰时,仍能使负载较好地跟踪期望轨迹,并具有较
好的振动抑制效果。
然后,针对系统在运动中仍存在较大的柔性振动,采用奇异摄动方法将自由浮动空间柔性双臂机器人开链和闭链系统都分别分解为慢变与快
变两个子系统,并考虑系统存在建模误差和外界干扰情况时,分别对其进行轨迹
跟踪控制和振动控制,改善鲁棒和振动抑制效果。
最后,为了形象地说明空间柔性双臂机器人系统各部分的运动情景,开发了
基于MATLAB的可视化仿真平台和基于OpenGL的可视化仿真平台并进行了仿真验证。
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空间柔性机械臂弯扭耦合振动的主动控制研究
作者：娄军强魏燕定杨依领谢锋然
来源：《振动工程学报》2014年第03期
随着航天事业的飞速发展，融合航空航天技术和机器人技术的空间机械臂系统得到了广泛的应用[1]。
由于太空环境的特殊性和空间操作任务的复杂性，人们对空间机械臂结构的要求
越来越高，空间机械臂朝着多自由度、低刚度、柔性化和大型化的趋势发展，这使得空间机械臂的动力学响应表现为大范围的刚性运动和自身柔性振动相叠加的刚柔耦合特征。
在太空环境中的内外部因素激励下，具有低频模态密集、固态阻尼小特征的柔性机械臂势必会产生低频、大幅值的持续振动，从而影响整个系统的位置精度和控制精度。
因而对空间柔性机械臂的定位控制和振动控制的研究是目前空间技术领域中最重要的课题之一[2]。