柔性机械臂研究现状概述
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。
机械臂柔顺运动控制技术研究
机械臂柔顺运动控制技术研究机械臂柔顺运动控制技术研究：走向精确和高效的未来近年来，机械臂的应用范围越来越广泛，从工业生产线到医疗手术室再到家庭助手，机械臂都扮演着重要的角色。
然而，传统的机械臂在某些应用场景下存在一定的局限性，例如在与人类合作或对复杂环境的适应性上。
为了克服这些问题，机械臂柔顺运动控制技术应运而生，其致力于提高机械臂的柔顺性、精确性和高效性。
本文将探讨该技术的研究进展和未来发展方向。
柔顺运动控制技术是指机械臂通过具有精确力传递和高灵活性的机械结构，实现类似于人类手臂的柔软运动。
这种运动可以应对复杂的环境要求，比如与人类进行合作或在狭小空间中操作。
在传统的机械臂中，刚性结构和刚性控制往往导致运动精度和灵活性的不足。
而柔顺运动控制技术通过引入弹性材料、柔性机械结构和感知反馈控制算法等手段，有效提高了运动表现。
首先，柔性机械结构是实现机械臂柔顺运动控制的核心之一。
传统机械臂的末端执行器通常由刚性材料制成，限制了运动灵活性和安全性。
而柔性材料的引入可以提供更自由的运动范围，同时降低了与环境或操作对象接触时的风险。
例如，研究人员已经成功开发了基于人工肌肉和弹性材料的机械臂，实现了精确、连续和逼真的运动。
这种柔性机械结构的研究对于提高机械臂在协作机器人、医疗手术等领域的应用潜力具有重要意义。
其次，柔顺运动控制技术需要配备高效的感知反馈系统，以提供准确的运动信息并对环境变化进行实时响应。
在复杂的应用场景中，机械臂需要不断地感知和分析周围环境的信息，以便根据需要调整运动轨迹和力量输出。
近年来，计算机视觉和力传感器等技术的快速发展为实现这一目标提供了强有力的支持。
机械臂可以通过视觉系统检测周围物体的位置、形状和姿态，并通过力传感器感知外力作用下的变形情况。
这种感知反馈系统的引入使机械臂能够更好地适应环境需求和与人类进行交互。
从实际应用角度来看，机械臂柔顺运动控制技术在医疗、家庭助理和协作机器人等领域具有巨大的潜力。
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。
柔性机械臂运动规划与控制技术研究
柔性机械臂运动规划与控制技术研究随着机器人技术的不断发展，机械臂已经成为了工业生产中必不可少的设备。
然而，传统的刚性机械臂在应对某些任务时，往往显得力不从心。
为了解决这一问题，柔性机械臂应运而生。
它的可塑性和柔韧性使得它在处理复杂场景和不规则形状的物体时，具备非常明显的优势。
然而，柔性机械臂的运动规划和控制却是对于工程师们而言非常大的挑战。
一、柔性机械臂的主要形态柔性机械臂的形态主要包括以下三种：膨胀机械臂、软臂机械臂和连续机械臂。
膨胀机械臂由许多软质的阀片组成，可以通过不断充气来实现运动。
软臂机械臂主要由柔性杆材和电动机构组成，其灵活性和柔韧性更加明显。
连续机械臂则是由许多节构件组成，通过旋转关节动作来实现运动。
不同的机械臂形态，对于运动规划和控制技术提出了不同的挑战。
二、柔性机械臂的运动规划技术柔性机械臂的运动规划技术主要包括路径规划和轨迹跟踪两个方面。
路径规划的主要目标是寻找机械臂在空间中的运动轨迹，并将其转化为切实可行的控制指令。
而轨迹跟踪则是将规划好的路径按照某种规律实现网形的运动。
路径规划技术的主要策略是利用约束和优化算法，将机械臂的动作控制在某一固定范围之内。
其中，约束算法主要是通过约束条件限制机械臂运动轨迹的可行空间，而优化算法则是通过对目标函数的求解来实现轨迹规划。
轨迹跟踪技术的主要策略是建立控制模型，使得机械臂能够按照既定的路径进行运动。
其中，控制模型通常是以模型预测控制（MPC）为基础建立的，利用控制算法将模型状态进行实时控制，从而达到轨迹跟踪的目的。
三、柔性机械臂的控制技术柔性机械臂的控制技术是指将规划好的路径和轨迹转化为实际的控制指令，并通过控制器对机械臂进行控制。
它是机械臂技术的重要组成部分，也是机械臂运动控制的关键环节。
传统的机械臂控制技术主要是基于PID控制器实现的，然而，由于柔性机械臂的柔性和曲率变化比较大，传统的PID控制器很难实现对机械臂位置和速度的高精度控制。
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。
柔性机械臂的设计与控制研究
柔性机械臂的设计与控制研究随着科技的不断发展和人们对工业机械的需求不断增加，机械臂逐渐成为了最具发展前景的研究领域之一。
而随着柔性机械臂的推出，现代工业生产领域也迎来了一场革命。
与传统的刚性机械臂相比，柔性机械臂具有更大的自由度、更高的适应性和更广泛的应用范围，其在现代工业生产中的应用前景极为广泛。
一、柔性机械臂的设计柔性机械臂的设计，首要考虑的是其结构设计。
通常来说，柔性机械臂的结构要比传统机械臂的结构复杂得多。
在柔性机械臂的结构设计中，关键要素包括关节数量、连接件以及机械臂的材料等方面。
在柔性机械臂的结构中，关节点的数量和位置是非常重要的。
关节点数量的多少和位置的选择，直接决定了机械臂能够完成的任务难度和范围。
因此，在柔性机械臂的设计中，选择合适的关节点数量和位置，将非常有利于机械臂最终的性能和效率。
另外，柔性机械臂的连接件也是设计的重点之一。
合理的连接件可以有效地增强机械臂的结构强度和稳定性，同时还可以有效地减少机械臂的重量，提高机械臂的移动速度和自由度。
因此，在柔性机械臂的设计过程中，选择合适的连接件是非常重要的一步。
最后，在柔性机械臂的设计中，合适的材料是关键之一。
一般来说，柔性机械臂的材料选择比较广泛，可以选择纤维材料、塑料材料或者金属材料等。
选择合适的材料不仅可以增强机械臂的结构强度和稳定性，同时还能够增强机械臂的柔性和适应性。
二、柔性机械臂的控制研究柔性机械臂在控制研究方面与传统刚性机械臂存在很大的不同。
柔性机械臂需要通过控制来确保其在目标轨迹下的精确定位和重合，并能够在误差范围内调整位置，以实现更高效和准确的任务。
柔性机械臂的控制研究主要涉及运动学、动力学和控制算法等方面。
在柔性机械臂的控制算法中，传统的PID控制算法已经不能满足实际生产中对控制的要求。
因此，研究人员最近提出了一系列新的控制算法，如模糊控制、自适应控制、神经网络控制等。
这些算法的发展，极大地推进了柔性机械臂的控制研究。
柔性机械手臂的动力学建模研究
柔性机械手臂的动力学建模研究机器人技术的快速发展为工业自动化带来了重大意义的突破，其中的柔性机械臂也是其中的一大亮点。
柔性机械臂以其具有的柔性、高精度、低惯性等优点，被广泛应用于各个领域的生产和加工工作中，但是柔性机械臂的特殊性质使得其动力学建模存在困难，甚至有些复杂。
因此，本文将详细探讨柔性机械手臂的动力学建模研究。
一、柔性机械手臂的基本概述柔性机械臂的特殊性质在于其结构柔软且运动自由度多，同时由于受到弯曲、扭曲、伸展等多种形变影响，运动学和动力学关系极其复杂，这对动力学建模提出了很高的挑战。
在动力学建模的过程中，基于“柔性”的假设将变形的机械臂重新处理成一个具有连续分布的质量-弹性分布系统，通过利用Euler-Bernoulli和Timoshenko等经典理论可得到模型参数。
柔性机械臂建模的主要目标是求解机械臂在外部力作用下的位移、速度、加速度等信息，从而获得机械臂的动态响应。
二、柔性机械手臂的建模方法基于质量弹性分布的模型在建模过程中非常有用，这意味着考虑柔性机械臂上所有点的质量和弹性特性，同时考虑不同点之间的相互作用。
针对运动方程的构建，通常有三种主要方法：欧拉角动力学建模法、Quaternions动力学建模法和本体角动力学建模法等。
欧拉角动力学建模法：经典的欧拉角模型在柔性机械臂动力学建模方面得到了广泛的应用。
本模型基于欧拉角运动方程，其中的角度限制引起了机械臂姿态的不连续性和奇异性。
Quaternions动力学建模法：正是因为欧拉角动力学建模法存在的不连续性和奇异性问题，该问题也被Quaternions动力学建模法很好地解决了。
这个模型附属于一个四元数系统，它具有更好地解决方案的不连续性和奇异性等方面的优势，因此应用广泛。
本体角动力学建模法：柔性机械臂相对于地面的位移和基本运动轴之间的关系通常称为本体运动。
这种类型的建模方法可以用于需要计算机身姿态运动的场合。
但是，本体角动力学建模法也存在“万向锁”问题，限制了它在柔性机械臂领域的应用。
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。
双柔性机械臂的设计与应用研究
双柔性机械臂的设计与应用研究机器人技术在现代工业生产中扮演着越来越重要的角色，各种型号的机械臂广泛应用于装配线、包装、焊接、搬运等领域。
其中，双柔性机械臂以其精度高、自由度多等优势受到越来越多研究者的关注。
一、双柔性机械臂的结构与特点双柔性机械臂是一种采用柔性杆件作为机械臂骨架的机器人。
其结构与传统机械臂有所不同，柔性杆件取代了刚性杆件，柔性伸缩的结构使得其具有高度的可控性和灵活性。
相对于传统机械臂，双柔性机械臂具有如下几个特点：1. 柔性性：由于采用柔性杆件，使得机械臂更具柔软性和韧性，可以在较小的工作空间中完成更复杂的任务。
2. 多自由度：柔性伸缩的结构使得双柔性机械臂具有较多的自由度，更容易适应不同工作环境的需求。
3. 精度高：柔性杆件的弯曲变形可以带来更高的精度，特别是在需要进行微小调整的工作中可以更加准确地完成任务。
4. 重量轻：相对于传统机械臂，双柔性机械臂的重量更轻，不仅可以减少成本，也可以减小机器人的体积。
二、双柔性机械臂的设计方法双柔性机械臂的设计旨在实现以下几个关键的目标：1. 实现机械臂精度的控制2. 实现机械臂的弯曲和伸展控制3. 实现机械臂的位姿与动力学的控制为了实现这些目标，设计者需要采用具有高度可控性的柔性杆件作为机械臂骨架，并将传感器和执行器集成到机械臂系统中，以实现对机械臂的各个方面的控制。
在双柔性机械臂的设计过程中需要注意如下几点：1. 综合考虑材料和结构的复杂性，并结合计算机模拟和仿真技术来进行优化。
2. 考虑机械臂与周围环境的匹配性，以满足实际应用的需求。
3. 选择合适的传感器和执行器，并设计相应的控制算法。
三、双柔性机械臂的应用领域双柔性机械臂可以应用于许多领域，具有广阔的应用前景。
以下是一些典型的应用场景：1. 医疗领域：由于双柔性机械臂可以适应人体的曲折形态，可以被应用于内窥镜手术机器人。
2. 常规生产领域：双柔性机械臂可以被应用于细小物品的装配、包装和搬运等。
柔性机械臂控制技术研究
柔性机械臂控制技术研究随着工业自动化的不断发展，机械臂技术也得到了飞速的提升和进步。
传统的机械臂常常有一个共同问题，就是它们在执行任务时缺乏柔性和灵活性。
而柔性机械臂则不同，其独特的柔性结构使得它们可以进行复杂的操作和任务。
柔性机械臂控制技术是柔性机械臂技术发展的关键之一。
它可以帮助柔性机械臂实现各种复杂的运动和操作，满足人们不同的工业生产需求。
本文将重点介绍柔性机械臂控制技术及其应用研究。
一、柔性机械臂控制原理1.传统机械臂控制在了解柔性机械臂控制之前，我们先来看一下传统机械臂控制。
传统机械臂控制一般采用伺服控制和PID控制两种方式，其中PID控制原理相对简单，是常用的控制方式。
传统机械臂控制的核心思想是使得机械臂达到给定的位置和角度，让机械臂按照特定的轨迹完成相应的任务。
2.柔性机械臂控制柔性机械臂的特点是柔性，因此，它们的控制原理不同于传统机械臂。
柔性机械臂控制的核心思想是控制机械臂的柔性结构，以实现柔性机械臂的高灵活度和自适应性。
柔性机械臂的柔性结构需要通过接触和变形等方式来实现一定的力控制。
因此，柔性机械臂控制需要更加复杂的控制算法，如模糊控制算法、遗传算法、神经网络算法等等。
这些算法可以对柔性机械臂的力学特性进行建模、控制力的大小，实现对机械臂的高精度控制。
柔性机械臂控制技术大大提高了机械臂的自适应性和柔性性能，使得柔性机械臂得到了广泛的应用。
二、柔性机械臂控制技术的应用柔性机械臂作为一种新型机械臂，其控制技术得到了广泛的应用。
这里，我们简单介绍几个典型的应用案例。
1.医疗器械领域柔性机械臂控制技术在医疗器械领域的应用较为普遍。
例如，柔性机械臂可以被用于人体内微创手术，可以精准地控制机械臂的长度、角度、力度和稳定性等。
这种程度的操纵比传统的刀具靠人工操作要更加精细和准确，有望在治疗上提供更好的选择和帮助。
2.电子产品组装生产线柔性机械臂还可以被用于电子产品组装生产线。
由于柔性机械臂的柔性结构和智能化控制，它们可以完成电子产品中高精度操作，并且具有较高的自适应能力，甚至可以对产品进行实时监测、检测和管理。
柔性机械臂的设计与控制技术研究
柔性机械臂的设计与控制技术研究随着人工智能、自动化技术加速发展，机器人技术已逐渐热门。
机械臂是机器人的核心设备之一，也是人工智能和自动化技术的载体。
在制造业中，机械臂可以完成拾取、运输、装配、焊接、喷涂、质检等任务，而不需要人工干预。
因此，研究柔性机械臂的设计和控制技术具有重要意义。
本文将从柔性机械臂类型、设计流程和控制技术三个方面进行阐述。
一、柔性机械臂类型传统的机械臂与柔性机械臂有很大的区别。
传统机械臂构造相对简单，形似链状，由机械臂关节和机械臂链组成。
柔性机械臂包括软体机械臂和纤维机械臂两种类型。
软体机械臂是指采用橡胶或硅胶等柔性材料制成的机械臂，其形态可通过外界控制产生弯曲和伸缩等变化。
纤维机械臂则是指由多根金属丝或塑料丝编织成复合材料制成的柔性机械臂。
两种机械臂的构造形态和物理特点不同，柔性机械臂均为多段式结构，由多个关节连接，可以在多个方向上做大范围的伸缩和折叠等变形。
二、柔性机械臂设计流程柔性机械臂设计流程主要包括需求分析、材料选择、构造设计、传动系统设计和倒立控制系统设计等几个步骤。
需求分析是指根据任务要求和应用场景，分析机械臂的动作要求和可实现性。
包括确定机械臂末端负载、运动速度和工作范围等。
在材料选择方面，软体机械臂材料应选用柔性高分子材料或柔性薄膜材料。
而纤维机械臂则应选用具有高弹性模量和高屈服强度的纤维材料。
构造设计指柔性机械臂的外形设计和基本参数的确定。
传动系统设计需要确定齿轮传动、阀门控制、滑块传动等方案。
倒立控制系统设计是指确定机械臂的控制方案，包括确定控制方式、控制电路、控制软件等。
三、柔性机械臂控制技术柔性机械臂控制技术包括正逆向运动学控制、控制算法选择和定位控制等方面。
正逆向运动学控制是指根据机械臂末端执行器运动确定机械臂关节角度，以此控制机械臂的运动。
控制算法选择包括PID控制器、自适应控制器、神经网络控制器以及遗传算法控制器等。
在定位控制方面，通过采用精度高的光子计算机系统、激光跟踪系统或者投影的传感器和相应的控制器等设备，实现对机械臂的定位控制。
机械手臂柔性控制技术研究
机械手臂柔性控制技术研究一、引言机械手臂是现代工业生产中广泛应用的一种工具，它能够模拟人手的运动，并进行精确的工作操作。
然而，在某些特定的应用场景下，传统的刚性控制技术不能满足需求，而柔性控制技术则被提出和研究。
本文将对机械手臂柔性控制技术进行详细的研究和分析。
二、机械手臂柔性控制技术的基本原理机械手臂柔性控制技术是通过在机械手臂的结构和控制系统中引入柔性元素，以提高系统的鲁棒性和适应性。
这种柔性元素可以是柔性关节、柔性传动机构以及柔性传感器等。
通过在机械手臂某些关键部位增加柔性元件，可以改变机械手臂的刚性特性，使其具有更好的自适应能力和动态响应性能。
三、机械手臂柔性控制技术的关键技术与挑战1. 柔性关节技术：柔性关节是实现机械手臂柔性控制的核心部件之一。
通过使用柔性关节，可以使手臂在受到外部干扰时能够快速调整，以保持系统的稳定性。
而且，柔性关节还可以提供更高的工作空间和更大的负载能力，从而提高机械手臂的适应性和灵活性。
2. 柔性传感器技术：柔性传感器是实现机械手臂柔性控制的另一个关键技术。
它可以感知并测量机械手臂作业过程中的变形和压力，从而实时反馈给控制系统，使其能够相应地调整控制策略和运动轨迹。
柔性传感器具有高度可定制性和易于安装的特点，可以很好地适应不同工作环境的需求。
3. 柔性控制算法：柔性控制技术的关键在于如何设计和实现有效的控制算法。
传统的刚性控制算法无法应对柔性元件引入后产生的非线性、时变和耦合等问题。
因此，需要设计新的控制算法来解决这些挑战，例如自适应控制、模糊控制、优化控制等。
这些控制算法能够根据实际情况动态调整控制策略，提高机械手臂的性能和鲁棒性。
四、机械手臂柔性控制技术的应用领域机械手臂柔性控制技术在许多领域具有广泛的应用前景。
首先，柔性控制技术可以应用于高精度组装和加工领域，以提高处理细微部件时的精准度和稳定性。
其次，柔性控制技术可以应用于医疗领域，用于开展微创手术和康复治疗等工作。
柔性机械臂控制技术的研究意义及现状
学术研究柔性机械臂控制技术的研究意义及现状牟荟瑾（吉林建筑工程学院城建学院）摘要：介绍了柔性机械臂控制技术的研究意义及国内外的发展现状,详细阐述了柔性机械臂的几种常见的控制方法。
关键词：柔性机械臂；控制方法；研究现状1.研究的目的和意义近年来，随着对柔性多体系统动力学研究的深入和工程实际应用的需求，人们开始对系统的研究越发感兴趣。
柔性机械臂作为柔性多体系统动力学分析与控制理论研究最直接的应用对象，由于其具有简明的物理模型以及易于计算机和实物模型试验实现的特点，已成为发展新一代机器人和航空航天技术的关键性课题。
对机器人柔性臂的研究主要包括动力学模型的研究以及柔性机械臂控制策略的研究两大方面。
并将其研究结果广泛的应用到航天，精密机械及其自动化控制。
同时，这种先进的和精密的构造形式与控制方法也开始渗透到结构工程领域，特别是在对于大型结构及构件的隔震与抗震研究中，广泛地应用了这种控制技术。
柔性机械臂是一个强耦合、强非线性的时变结构，相对于刚性机械臂来说具有高效、低耗、灵活方便及具有更大的工作空间等优点。
但是，由于弹性变形而严重地影响了其工作状态，阻碍了工程中的广泛应用。
因此，必须开展对柔性机械臂结构设计和控制方法的研究。
也就是说，如何从结构设计、运动学、动力学和控制方面考虑避免、减小和消除弹性变形和弹性振动的影响是一个急待解决的问题。
而柔性机械臂系统的系统动力学响应是比较复杂的，尤其反映在弹性运动中，只有很好的研究它，才能保证柔性机械臂在实际操作中具有较高的精度和可靠度，为真正实现机械臂的实时控制创造条件。
这些研究将为航天、机械及结构中的振动控制方面研究提供理论参考。
柔性机械臂是集动力学基本理论研究、机电一体化、计算机软件的开发与应用、优化控制理论研究于一身，具有科技含量高，应用前景广的巨大优势，对于航空航天、机器人研究与应用、精密机械制造与控制等领域有着广大的应用空间；同时还可应用到其它领域，如可将对该系统的分析理论和方法应用于各种结构的控制，如飞机机翼的振动控制，转动轴的振动，工程结构中板、梁等的振动控制，其前景十分可观，将会带来明显的社会效益、经济效益和环境效益。
柔性机器人技术研究与应用
柔性机器人技术研究与应用一、引言柔性机器人是在机器人领域较新兴的一种类型，以柔软、灵活的外表和形态为特征。
相较于传统的刚性机器人，它具有更加优异的适应性和灵活性。
因此在许多领域拥有广泛的应用前景。
二、柔性机器人技术的研究发展1. 柔性传感技术柔性机器人的成本、能耗和精度问题是其普及应用的主要难点。
例如，柔性机器人所使用的变形传感器精度上相较于刚性机器人还存在一定的问题。
与此同时，高效柔性力计算和柔性控制算法也是柔性机器人技术研究的重心之一。
2. 柔性机器人的机械结构设计在机械结构设计上，柔性机器人需要更多的弹性元件和关节。
如何保证机械结构的合理性与精度性是同时考虑效率和精度的方案需要解决的问题。
3. 柔性机器人的自适应能力柔性机器人不同于传统的机械设备，它需要具有自适应的能力，能够根据环境、工艺过程和工作任务等因素进行动态的调整，以确保正常工作。
三、柔性机器人技术的应用现状1. 柔性机器人在电子制造业的应用在电子制造业，柔性机器人可以根据不同的工序和生产规模进行快速调整，可以大大提高生产效率和精度。
例如，在LED制造中，柔性机器人可以快速进行芯片粘贴、CHIP之间的焊接和装配等操作。
2. 柔性机器人在医疗保健领域应用在医疗保健领域中，柔性机器人可以实现非侵入性手术、病理检验等复杂操作。
例如，在肿瘤治疗中，柔性机器人可以精确地对肿瘤进行切除和治疗，避免病人损失的大量健康组织。
3. 柔性机器人在家庭服务领域的应用随着社会老龄化的发展，柔性机器人也能够有效地帮助老年人、残疾人以及孕妇等特定群体进行家务服务，例如帮助成年人协助搬运或是家庭清洗等任务等。
四、柔性机器人技术在未来的发展前景柔性机器人技术在未来应该会继续发展壮大。
它将主导制造业、医疗保健、娱乐和家庭服务等领域的发展，为人们创造更佳的生活品质。
在此过程中，柔性机器人需要跨学科的合作，包括机械自动化、计算机科学和材料科学等领域。
随着各种技术的进一步精进以及成熟的算法、机械结构等的广泛应用，柔性机器人实现更加智能化的发展前景也将更大。
柔性机械臂建模理论与控制方法研究综述
文章编号:1002-0446(2002)01-0086-07柔性机械臂建模理论与控制方法研究综述王树新员今天石菊荣刘又午(天津大学机械工程学院智能机器人研究所天津300072)摘要:针对柔性机械臂进行有效和精确的建模以及对其进行有效的控制一直是国内外学者研究的重要课题.由于柔性机械臂本身所具有的高度非线性,强耦合和时变的特点9建立精确的动力学模型成为柔性臂研究的一个重点.而随着系统和控制领域理论和技术的不断发展9针对柔性机械臂的控制9也形成了许多不同的控制策略.本文从柔性机械臂建模理论和控制方法两方面9对国内外学者的研究工作分别加以介绍9并对各种方法的优缺点进行分析和比较9并对今后的研究方向进行了展望.关键词:柔性机械臂S动力学建模S控制策略中图分类号:24文献标识码:BA ROADMAP OF RESEARCH ON MODELING AND CONTROLSTRATEGY FOR FLE IBLE MANIPULATORSWANG Shu-xin N Jin-tian S~I Ju-rong LI ou-Wu(Department of lnte zgent Ro}ot9lnstzt/te of melhanzla engzneerzng9Tzanjzn]nzUerszt}9Tzanjzn300072)Abstra c t:M o del ing an d c ontro ll ing ar e ve r y i mp ortant i ss u es f or fle xi ble m ani p u l ator s.M an y r ese ar c h e r s ha ve p ut m u c h m or e eff ort s on s tu dy ing th e tWo p ro blems.D u e to th e p ro pe rti es o f high-non l in e ar9tight-c ou pl ing an d ti me-v ar y ing9dy na m i c m o del ing a cc urat ely i s a c tua l f o c u s.M an y c ontro l s trat e g y f or fle xi ble m ani p u l ator s ha ve bee n f or med With th e devel o pme nt o f th e sys t em an d c ontro l th e or y.hi s p a pe r intro d u ces th e ve r y i mp ortant Wor ks by th e r ese ar c h e r s in thi s f i eld9an d espec ia lly c o mp ar es th e a dv antag es With d i s a dv antag es in th e tWo a spec t s o f m o del ing an d c ontro ll ing r espec ti vely.At l a s t9thi s p a pe r p ro p o sed th e f utur e d ir ec tion to r ese ar c h on th e m o del ing an d c ontro ll ing f or fle xi ble m ani p u l ator s.Keywo r d s:fle xi ble m ani p u l ator9dy na m i c m o del ing9c ontro l s trat e g y1引言(I n tr oduc t ion)近年来9随着机器人技术的发展9应用高速,高精度,高负载自重比的机器人结构受到工业和航空航天领域的关注.由于运动过程中关节和连杆的柔性效应的增加9使结构发生变形从而使任务执行的精度降低.所以9机器人机械臂结构柔性特征必须予以考虑9实现柔性机械臂高精度有效控制也必须考虑系统动力学特性.柔性机械臂是一个非常复杂的动力学系统9其动力学方程具有非线性,强耦合,实变等特点.而进行柔性臂动力学问题的研究9其模型的建立是极其重要的.柔性机械臂不仅是一个刚柔耦合的非线性系统9而且也是系统动力学特性与控制特性相互耦合即机电耦合的非线性系统.动力学建模的目的是为控制系统描述及控制器设计提供依据.一般控制系统的描述(包括时域的状态空间描述和频域的传递函数描述)与传感器/执行器的定位9从执行器到传感器的信息传递以及机械臂的动力学特性密切相关.2柔性机械臂建模理论研究(R e s e ar ch on modeling f o r f lexi b le m a nipul at o rs)柔性机械臂动力学方程的建立主要是利用Lagrang e方程和N e Wton-E u le r方程这两个最具代表性的方程.另外比较常用的还有变分原理,虚位移原理以及K an e方程的方法.而柔性体变形的描述9第24卷第1期2002年1月机器人ROBOT V o l.249No.1Jan.92002收稿日期:2001-04-10是柔性机械臂系统建模与控制的基础9因此因首先选择一定的方式描述柔性体的变形9同时变形的描述与系统动力学方程的求解关系密切~2~1柔性体变形的描述主要有以下几种方法1)有限元法,解决复杂结构问题的一种数值解法~其实质就是把无限个自由度的连续体理想化为有限个自由度的单元集合体9使问题简化为适合于数值解法的结构型问题~其特点是采用弹性单元\刚性结点\载荷向结点移置\刚度及阻尼特性由单元表征~采用有限元法所得动力学方程较为复杂9动态响应求解运算量也较大9其边界条件和几何物理特性可以直接描述~Tokhi M~0~[1]\Fattah A~[2]\Ge S~S~[3]\Xia9Zhijie[4]\Theodore R~J~[5]等学者利用有限元法做了大量的研究工作~2)有限段法,适合于含有细长零件的系统~将细长件分为有限刚段9将柔性引入到系统的各接点中9即把柔性系统描述为多个刚体9以含有弹簧和阻尼器的接点相联~它与有限元法在拓扑结构上存在着本质的区别[697]~就整个系统而言9有限段方法描述的多体系统是时变的9而有限元分析中其结构的平衡位置不随时间变化~就单元特征而言9有限段法只应满足小应变假设9即允许柔性体产生几何非线性变形9而有限元法是建立在小变形假设基础之上9将变形线性化~就微分单元而言9有限段中微分梁段的长度相当于弧微分9而有限元法是对坐标的微分~张大钧[6]\蒋铁英[8]等采用有限段方法对柔性机械臂进行了建模和实验研究~3)模态综合法,通过求解自由振动的特征值即可得到动态模态~此方法也是以Rayleigh-Ritz法为基础9采用模态截断技术9利用系统中各个子结构的模态9综合出系统的整个模态~Chen wen[9]\Zhao Hongchao[10]等学者采用假设模态技术建立了解耦的动力学方程~蒋铁英[8]基于Kane方程的HuSton方法建立了柔性机械臂有限段方程~Li Chang-jin9Sankar T~S~[12]提出了对柔性机械臂进行有效建模和动态计算的系统方法9该方法主要是利用Lagrange假设模态法~采用模态截断的方法来描述连杆变形~该方法具有计算量相对少9方法简单9具有系统性和效率高的特点~ Theodore R~J~9GhoSal A~[11]对柔性机械臂的两种离散模型,假设模态法和有限元法做了比较分析~以便更加有效的描述柔性机械臂的连杆的柔性~其利用Lagrange方程和计算机算法得出了闭环运动方程~从中可以看到9利用有限元的方法比假设模态法要计算简便~然而由于有限元法的状态方程的数量比假设模态法更多9因此9利用有限元法进行数字仿真的时候需要的时间会更长些~在利用有限元的方法来逼近连杆柔性时9会使对连杆刚性的估计值增大~通过分析可以表明9在利用基于模型的控制策略时9对刚性的估计值增大就会引起闭环系统不稳定~利用假设模态法建立的时变频率方程9比有限元法复杂~王大龙[58959]\李善姬[60]\刘才山[57]等学者也利用假设模态法对柔性机械臂进行了研究~4)集中质量法[13],用若干离散结点上的集中质量代替原来系统中的分布质量9即全部质量都集中到各节点上9杆系结构的离散化刚度阵能够直接得出9整个动力方程都能直接通过对质量的近似离散化处理得到~ Gamarra-RoSado V~0~[14]\Dai Y~G~[15]\Feliu Jorge J~等学者在这方面进行了很多的研究工作~2~2动力学方程的建立无论是连续或离散的动力学模型9其建模方法主要基于两类基本方法矢量力学法和分析力学法~应用较广泛同时也是比较成熟的是Newton-Euler公式\Lagrange方程\变分原理\虚位移原理和Kane方程~现分述如下,1)Newton-Euler公式,应用质心动量矩定理写出隔离体的动力学方程9在动力学方程中出现相临体间的内力项9其物理意义明确9并且表达了系统完整的受力关系;但是这种方法也存在着方程数量大\计算效率低等缺点~不过许多模型的规范化形式最终都是以该种模型出现9并且该方法也是目前动力学分析用于实时控制的主要手段~Eric H~K~Fung和Cedric K~M~Lee[17]利用Newton-Euler公式对柔性梁进行建模时9首先假定,D柔性梁的变形和柔性梁的长度比较起来非常小9@假设梁是具有均匀截面和稳定性质的Euler-Bernoulli梁9@梁的转动惯量和剪切变形忽略不记9空气阻力和梁的内阻尼忽略不记~Gamarra-RoSado V~0~[14]\Bruno Siciliano[18]等学者成功的利用Newton-Euler公式建立了柔性机械臂的动力学方程~2)利用Lagrange方程或Hamilton原理由Lagrange方程或Hamilton原理出发9求出能量函数或Hamilton函数9以能量方式建模9可以避免方程中出现内力项~适用于比较简单的柔性体动78第24卷第1期王树新等,柔性机械臂建模理论与控制方法研究综述力学方程.而对复杂结构Lagrange函数和~amilton函数的微分运算将变得非常繁琐.但是变分原理又有其特点由于它是将系统真实运动应满足的条件表示为某个函数或泛函的极值条件并利用此条件确定系统的运动因此这种方法可结合控制系统的优化进行综合分析便于动力学分析向控制模型的转化.Fung R.-F.Chang~.-C[19].利用~amilton 原理得出带有末端质量的非线性受限柔性机械臂的运动方程.动态方程式以广义坐标的形式来表达机械臂系统的动能和势能.Ge S.S.Lee T.~.[3]利用有限元分析的方法和Lagrange方法建立了柔性系统的非线性动态模型.EftychioS G. ChriStoforou[20]~ueiroZ M.S.DaWSon D.M.et al[21]~丁希仑[56]等学者也利用Lagrange公式和~amilton原理对柔性机械臂进行了深入的研究工作.3)Kane方法和虚功原理,Kane方法采用相对能量的形式该方法从约束质点系的D Alembert原理出发将各体的主动力(矩)和惯性力(矩)乘以偏速度~偏角速度矢量再对整个系统求和可得与系统自由度数目相同的方程组.其特点也是可消除方程中的内力项避免繁琐的微分运算使推导过程较为系统化.虚功原理与Kane 方法类似.在Kane方法中颇具特色的当推Kane-~uSton方法此法采用低序体阵列描述系统的拓扑结构.张大钧[6]~蒋铁英[8]~员超[22]等人均用此法建立了柔性体动力学模型.薛克宗~赵平[23]利用虚功原理建立了柔性多体系统的微分方程利用基尔算法对方程组进行求解.边宇枢[24]利用Kane方程和假设模态的方法对系统进行建模.3柔性机械臂控制策略的研究(Research on control strategy f or f lexible manipula-tors)对柔性机械臂的控制一般有如下方式,1)刚性化处理,完全忽略结构的弹性变形对结构刚体运动的影响.例如为了避免过大的弹性变形破坏柔性机械臂的稳定性和末端定位精度NASA的遥控太空手运动的最大角速度为0.5deg/S[25].2)前馈补偿法,将机械臂柔性变形形成的机械振动看成是对刚性运动的确定性干扰而采用前馈补偿的办法来抵消这种干扰.德国的Bernd Gebler[26]研究了具有弹性杆和弹性关节的工业机器人的前馈控制.张铁民[28 61]研究了基于利用增加零点来消除系统的主导极点和系统不稳定的方法设计了具有时间延时的前馈控制器和PID控制器比较起来可以更加明显的消除系统的残余振动.Seering Warren P.[64 65]等学者对前馈补偿技术进行了深入的研究.3)加速度反馈控制,Khorrami FarShad和Jain Sandeep[27]研究了利用末端加速度反馈控制柔性机械臂的末端轨迹控制问题.4)被动阻尼控制,为降低柔性体相对弹性变形的影响选用各种耗能或储能材料设计臂的结构以控制振动.或者在柔性梁上采用阻尼减振器~阻尼材料~复合型阻尼金属板~阻尼合金或用粘弹性大阻尼材料形成附加阻尼结构均属于被动阻尼控制.近年来粘弹性大阻尼材料用于柔性机械臂的振动控制已引起高度重视. RoSSi Mauro和Wang David[38]研究了柔性机器人的被动控制问题.5)力反馈控制法,柔性机械臂振动的力反馈控制实际上是基于逆动力学分析的控制方法即根据逆动力学分析通过臂末端的给定运动求得施加于驱动端的力矩并通过运动或力检测对驱动力矩进行反馈补偿.Lucibello P.[32]和Xia Jack zhijie[33]等等都是采用计算力矩法对柔性臂进行了轨迹跟踪控制.Kino MaSaru和GodenTatSuhito[34]提出了一种多自由度柔性系统的位置控制方法采用一种新颖的控制策略为了抑制振动采用力矩反馈同时控制器还控制包括弹性变形引起的位移控制来增加反应速度.6)自适应控制,Lin Lih-Chang和Yeh Sy-Lin.[29]采用组合自适应控制将系统划分成关节子系统和柔性子系统.利用参数线性化的方法设计自适应控制规则来辨识柔性机械臂的不确定性参数.Kim D.~.;Lee Kyo-Il[40]对具有非线性和参数不确定性的柔性机械臂进行了跟踪控制器的设计.控制器的设计是依据Lyapunov方法的鲁棒和自适应控制设计.通过状态转换将系统分成两个子系统.用自适应控制和鲁棒控制分别对两个子系统进行控制.Bai M.zhou D. ~.[30]采用了自适应增大状态反馈控制控制器的设计是依据稳态L R技术.所设计的控制器具有很强的鲁棒特性.众所周知多连杆柔性机械臂从关节处的驱动器到端点的动态特性是非最小相位系统.因此88机器人2002年1月许多自适应控制技术不能应用到柔性机械臂上.考虑到可以在连杆上施加外部的激励,在柔性连杆的适当位置布置压电传感器和压电致动器,可以使系统成为最小相位系统.这样就可以利用自适应控制方法[31].刘妹琴~陈际达[54]研究了基于神经网络的机器人柔性臂自适应控制.7)PID控制;PID控制器作为最受欢迎和最广泛应用的控制器,由于其简单~有效~实用,被普遍地用于刚性机械臂控制,常通过调整控制器增益构成自校正PID控制器或与其它控制方法结合构成复合控制系统以改善PID控制器性能.0zen,Figen[35].提出了一种控制柔性机械臂端点位置轨迹跟踪的新的控制策略.这个控制规则就是利用非常容易获得的量,比如关节角度,角速度,每个杆的端点变形和端点的速度.控制率在传统的PD控制器和非线性控制器间遵循开关规则,和传统的PD控制比较有很大的优点. Talebi,~.A.,Khorasani,K[36,37]利用PD控制器对柔性臂的控制进行了研究.8)变结构控制;变结构控制系统是一种不连续的反馈控制系统,其中滑模控制是最普遍的变结构控制.其特点;在切换面上,具有所谓的滑动方式,在滑动方式中系统对参数变化和扰动保持不敏感,同时,它的轨迹位于切换面上,滑动现象并不依赖于系统参数,具有稳定的性质.变结构控制器的设计,不需要机械臂精确的动态模型,模型参数的边界就足以构造一个控制器.Ingole,A.R.;Bandyopadhyay,B[39]对变结构滑模控制进行了深入的研究.他指出变结构滑模控制是一种特殊的控制技术,在系统参数发生变化和外部扰动的情形下,它能使控制系统具有很强的鲁棒性.由于具有鲁棒特性,变结构滑模控制设计容易,容易解藕,所以在柔性机械臂的控制中应用很广.Li, Y.,Kang,J[41]~樊晓平[53]~刘才山[57]~李善姬[60]~李元春[42]等学者也对变结构滑模控制进行了深入的研究.9)模糊与神经网络控制;其是一种语言控制器,可反映人在进行控制活动时的思维特点.其主要特点之一是控制系统设计并不需要通常意义上的被控对象的数学模型,而是需要操作者或专家的经验知识,操作数据等.Talebi~.A.和KhorasaniK[36,37]利用神经网络控制技术对柔性机械臂进行控制.提出了四种不同的神经网络控制方案,前两种是基于改进型的feedback-error-learning 方法来学习系统的动力学特性.这两种方案都只需要系统的线性模型来定义系统的新的输出,并且只是利用传统的PD控制器.而这两种方案都是和第三和第四方案相联系的,第三方案是在控制弹性变形时基于轴的位置来进行设计的,而第四方案则包含两种神经网络.第一个主要负责近似系统的输以保证系统是最小相位系统,第二个神经网络重要是完成逆动力学控制.Lee J.X.和VukovichG.[45].利用模糊控制方法对没有进行数学建模的柔性机械臂进行控制.提出了模糊逻辑控制器的设计方法.樊晓平等[44,55]讨论了受限柔性机器人自适应模糊逻辑控制器设计问题,提出了对控制器参数进行调整的遗传学习算法.10)非线性反馈控制;由于柔性机械臂动力学模型的非线性,以及工作负载变化的非线性等,非线性反馈控制柔性臂的方法应运而生.Ge,S.S.Lee,T.~.[3]设计了非线性反馈控制器.Yazdanpanah M.J.和Khorasani,K.[46]对柔性机械臂的具有恒定输入向量场的非线性动态模型进行了研究并设计了一个非线性~inf控制器.非线性~inf控制器.和线性~inf控制器比较起来具有非常诱人的吸引力11)鲁棒控制;1981年Zames首次用明确的数学语言描述了基于经典设计理论的优化设计问题,提出用传递函数阵的~inf范数来记述优化指标.1984年加拿大学者Francis和Zames用古典的函数插值理论,提出了这种设计~inf问题的最初解法;而英国学者Glover则将~inf设计问题归纳为函数逼近问题,并用~ankel 算子理论给出了这个问题的解析解;Glover的解法又被Doyle在状态空间上进行了整理并系统地归纳为~inf控制问题,至此,~inf控制理论体系已经初步形成[47].Song,G.;Cai,L[48]将柔性机械臂系统分成两个子系统;刚性子系统和柔性子系统柔性子系统的输出假定为刚性子系统的输入.设计了鲁棒控制器.Bossert David和Ly uy-Loi[49]研究了降阶的综合鲁棒位置/力控制器.并且和没有降阶的位置/力控制器做了比较.Yazdanpanah M.J.和Khorasani,K.[46]设计了一个非线性~inf控制器对柔性机械臂进行控制.12)其它控制方法;以上描述了用于各种情形的柔性机械臂的控制技术,各有所长.在实际的柔性机械臂的控制中,经常利用前述的各种控制方法组成的复合控制,这种98第24卷第1期王树新等;柔性机械臂建模理论与控制方法研究综述复合控制经常会收到更加明显的控制效果.NilssOnBernt和Nygards JOnasl[50]研究了在端部带有摄像头的柔性机械臂控制问题.是一种视觉伺服控制系统问题主要是对机械爪进行定位控制.有内环和外环内环主要是对偏差和外部扰动进行快速衰减控制.而外环主要是对连杆的位置进行刚性运动控制保持运动的稳定性.Sharf I[51]为解决柔性机械臂的振动抑制的问题在长的柔性机械臂(LRM)的末端加上一个短的刚性机械臂(SRM)利用对柔性臂反作用力的控制来实现振动抑制.将反作用力作为一个控制变量.这是一种主动衰减.Lin Z.C.和PatelR.V[52]提出了一种新的控制策略:(因为现存的控制基本上都是针对关节控制和不具有冗余度的柔性机械臂来说的)综合笛卡儿关节控制主要是针对具有冗余自由度的柔性机械臂来说的.它由笛卡儿轨迹跟踪控制器~连杆跟踪控制器和电机跟踪控制器组成.4结论(Conclusion)柔性机械臂本质上是一个具有无穷多自由度的柔性系统要清楚描述柔性所带来的动力学效应首先必须建立精确的动力学模型.一般情况下机器人系统的柔性主要包括臂杆本身存在的分布的柔性和驱动关节的柔性已经有很多学者在以往的研究中对柔性机械臂的建模进行了深入的研究对具有不确定性参数的柔性机械臂建模的研究是今后的一个重要研究方向.在柔性机械臂的控制上许多专家学者给出了比较好的控制策略并且取得了比较好的控制结果.但是由于柔性臂的复杂性和控制系统硬件的局限性满足工程有效应用的柔性机械臂控制器尚不成熟这也是今后我们所面对的重要挑战.参考文献(Ref erences)1TOkhi M O.MOhamed Z.Finite difference and finite element apprOaches tO dynamic mOdeling Of a flexible manipulatOr.PrOceedings Of the InstitutiOn Of Mechanical Engineers.Part I JOurnal Of systems ScOntrOl Engineering1997 2ll(2):145 156 2Fattah A Angles J.Dynamics Of twO cOOperating flexible-link manipulatOrs-planar case.TransactiOns Of the Canadian SOciety fOr 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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
机械臂的发展现状
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柔性机械臂在制造业中的应用研究
柔性机械臂在制造业中的应用研究近年来，随着工业化的不断发展，自动化和智能化技术越来越成熟，柔性机械臂的应用也日益广泛。
作为一种新型的机械装备，柔性机械臂不仅可以在大型工厂进行精细化物流和生产，还可以在小型企业中提高生产效率，为人类的生产和生活带来更多的便利。
本文将从柔性机械臂的定义、特点、应用研究、未来前景等几个方面来探究柔性机械臂在制造业中的应用研究。
一、柔性机械臂的定义和特点柔性机械臂是一种类似于人类手臂的自由度高、可弯曲和可拓展的机械装备，它的工作范围可以向前、向上、向下三个方向灵活伸展，同时可以自由旋转。
相比传统的机械臂，柔性机械臂具有以下特点：首先，柔性机械臂的自由度高，可以在很小的工作空间内进行复杂且精细的动作。
其次，柔性机械臂由高应变率（高弹性）和低刚度的部件组成，可以使其在对人体、物体造成较小伤害的前提下进行精准操作，并且减少因机器误差带来的损失；再者，柔性机械臂具有自我感知和自适应性的特点，可以根据实时的工作环境和模拟数据来动态地改变自身姿态和力量输出。
二、柔性机械臂的应用研究1、制造业领域制造业是柔性机械臂最广泛的应用领域之一，主要是因为柔性机械臂在制造过程中可以实现以下几个方面的优势：首先是工作效率的提高，柔性机械臂可以在短时间内完成复杂的操作，而且可以在人类无法接近的危险环境下完成工作，例如火药厂、生化实验室和核电站等。
其次是产品质量的提升，柔性机械臂可以在生产和测试过程中完成对产品的精准处理和质检，保证每个产品的准确性和一致性。
最后是成本的降低，柔性机械臂可以在生产过程中减少人力和材料的消耗，从而提高生产效率和降低成本。
2、医疗领域医疗领域是另一个浪漫的应用领域。
柔性机械臂可以在手术中通过小切口、电视显示器和机械臂控制器等技术来完成一些高难度和高精度的手术操作，例如对脑部、肝脏、心脏等部位进行手术。
相比传统的手术方法，柔性机械臂的优越性在于它可以减少创伤、缩短手术时间、提高手术精度，并且可以通过机器控制避免人为操作积累的误差。
柔性机械臂的研究现状和发展趋势
柔性机械臂的研究现状和发展趋势
柳胜凯;梅涛;徐文君;孟非;焦健;苏杭
【期刊名称】《机器人技术与应用》
【年(卷),期】2024()1
【摘要】柔性臂的研究涉及仿生学、材料力学、机械结构设计与制造、智能感知与控制和人工智能等领域,是一门交叉融合性较高的研究学科。
和刚性机械臂相比,柔性臂由软材料或超弹性材料制作而成,具有制造方式简单、人机交互安全、高功率密度比和无限自由度等特点,在复杂地形探险、医疗手术操作以及对目标的无损伤捕获等方面具有很大的应用潜力。
由于柔性臂存在大变形、高度非线性以及刚度较低等问题,所以如何实现对柔性臂的精准数学建模、结构创新制造、灵巧操作以及输出力的有效提升是目前需要重点解决的问题。
本文从柔性臂的仿生学机理、工艺制作方法、驱动方式、建模方法以及变刚度方式等方面对柔性臂的研究现状进行综述,最后对柔性臂的关键研究技术进行归纳、对发展趋势进行了预测。
【总页数】11页(P7-17)
【作者】柳胜凯;梅涛;徐文君;孟非;焦健;苏杭
【作者单位】深圳市人工智能与机器人研究院;鹏城实验室;北京理工大学
【正文语种】中文
【中图分类】TP3
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柔性机械臂研究现状概述
摘要：本文通过对柔性机械臂研究现状进行总结和概括，预测了未来柔性机械臂的发展趋势。
关键词：柔性机械臂
伴随着微电子技术的发展、机械设计制造水平的提高以及计算机科学技术的风起云涌，机器人技术也得到了长足的发展，功能完善的机械臂有着建模方便、容易控制、精确度高等诸多优点[1]，越来越多的存在于工业生产和人类生活的各个领域[2]，工业机械臂的应用在降低工人劳动强度同时也提升了生产效率，甚至在一定程度上改变了人类对世界的认识，极大地促进了人类主观能动性的发挥。
工业机械臂作为实现工业自动化生产的关键工具，广泛应用在化工石油、航天航空、汽车制造、精密装配、核检测等各个领域，发挥了及其重要的作用。
然而，对于一些空间拥挤、结构复杂、障碍密布的非规划性工作区域，传统的机械臂由于其自身的低冗余度、刚性结构适应性差等原因，往往难以有效地发挥自身优势。
相对而言，柔性机械臂由于自身冗余度高、适应性好，在解决上述问题中就显得越来越重要[3]。
本文就柔性机械臂的研究现状进行论述分析，以便为其后续的发展提供一定的参考。
1.柔性机械臂国外研究现状
德国费斯托（Festo）公司受人手灵感的启发，研制了一款精巧的仿生机械手[4]，该机械手以空气动力学为基础，用气动波纹管为载体单元进行操控，且在拇指和食指连接处加一个旋转模块，使其实现12个自由度的移动，能够完成通常的抓握按压等基本的动作，以实现替代人手的目的。
日本京都大学设计了仿蛇形的柔性机器人[5]，研究团队在该柔性机器人身上配备了36个角度传感器，能够对其运动形状进行准确的控制，使其能够在崎岖地形和狭窄空间进行运动，可以实现搜索救援和侦查等功能。
美国克莱姆森大学的Walker 团队对柔性机械臂领域的研究较为深入，在机械臂的物理结构建模、优化设计以及精确姿态控制等方
面取得了一定的成果[6]，其设计的象鼻机器人OctArm柔性机械臂可以实现890N 和 250N 的纵/横向负载能力以及空间连续弯曲。
1.柔性机械臂国内研究现状
相对国外而言，国内对柔性机械臂的研究起步相对较晚，然而我国的众多高校和科研院所紧跟前沿，取得了一些列的成果：华南理工大学的研究团队提出一种基于绳操纵的串行机械手，可以实现各关节运动的完全解耦，同时解决了绳操作中绳索操纵中的单向性问题。
上海交通大学的研究团队设计了一个整体由硅胶材料制作的柔性机械臂，该柔性机械臂不含有刚性结构件，外部设备牵引嵌在柔性臂中的绳索，使柔性机械臂实现弯曲和偏转运动[7]。
此外，上海交通大学的王贺升等在2017年对绳索驱动的柔性机械臂在建模、控制等问题进行了研究，将开尔文模型和几何精确杆理论相结合，用应变向量和曲率向量来描述法向应变、扭转效应以及弯曲效应，有效地解决了软性材料的法向应变和粘性问题[8]。
中国科学技术大学的研究团队提出了一种基于蜂窝气动网络(简称HPN)结构的柔性机械臂[9]，并且完成了该结构的设计、仿真和实验验证工作，最终通过实验验证了结构的柔性和承载能力，证明该结构在实现柔性和承载能力的平衡方面具有显著的优势，同时也能够克服气动网络结构在强度方面的缺陷。
1.展望
随着人们在工业生产、设备维护、探测救灾、医疗健康等诸多方面对工业自动化依赖程度的加强，柔性机械臂的重要程度愈加凸显[10]，本文主要对柔性机械臂的国内外发展现状进行了系统的阐述，同时预测柔性机械臂的发展趋势如下：
（1）柔性机械臂属于超冗余机械臂，目前的控制算法多为智能控制算法，对计算机的资源占有较大且效果较差，后期研发出能够保证运动控制精度且具有较强鲁棒性的控制算法将会是其研究趋势之一。
（2）柔性机械臂的形状检测是高精度控制的前提，目前其检测方式较多且缺乏通用的传感器，如何进行多种检测方法的进行优势互补、精度互修，提高其形状检测精度，是未来柔性机械臂领域的形状检测发展趋势。
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