基于压电陶瓷的柔性机械臂抑振策略的研究

发布时间：2017-10-13 14:27

  本文关键词：基于压电陶瓷的柔性机械臂抑振策略的研究

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【摘要】：柔性机构因其轻质,高效等优点被广泛应用于机器人领域。但柔性机构易产生弹性振动,使机器人的定位精度降低。采用合适的控制策略可有效抑制柔性机构的振动。柔性机构的振动控制可分为被动控制和主动控制,其中基于压电陶瓷(PZT)材料的主动控制相比于被动控制具有机构简单,压电转换效率高等优点。本文基于欧拉伯努利梁理论,以悬臂梁结构代替单自由度柔性机器人,对由悬臂梁,PZT传感器及PZT驱动器构成的振动控制系统进行研究。首先,基于弹性力学理论构建了主动控制系统的动力学模型,基于理论模型对PZT材料的数量和位置进行优化,并获得了传感电压与驱动电压的传递函数,设计了具有多种控制方案的振动控制器。然后,在COMSOL中对柔性臂在不同频率下的振动控制仿真。最后,基于NI虚拟仪器搭建了实验平台,对柔性臂振动控制前后的传感电压进行测试。根据实验及仿真结果的分析可知,在不同的控制方案下,基于PZT材料的主动控制方法适用于柔性臂在谐振频率,非谐振频率以及随机振动下的振动抑制。且柔性臂的振动最高可达到82.65%与80.72%的抑制。此课题的研究对柔性臂在不同频率下振动控制的问题提供了一种解决方案。
【关键词】：柔性机械臂 压电陶瓷 主动控制 传递函数 控制策略
【学位授予单位】：安徽工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB535;TP241
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 第1章 绪论12-18
• 1.1 课题来源12
• 1.2 研究背景12-17
• 1.2.1 柔性机器人的国内外研究现状12-14
• 1.2.2 柔性机器人振动控制的国内外研究现状14-17
• 1.3 研究内容17-18
• 第2章 柔性机械臂的振动控制系统理论建模18-27
• 2.1 单自由度柔性机械臂建模18-21
• 2.2 柔性机械臂控制系统建模21-26
• 2.3 本章小结26-27
• 第3章 控制器的设计及控制效果分析27-47
• 3.1 控制方案的设计27-30
• 3.1.1 控制器的设计27-30
• 3.1.2 柔性臂振动控制效果的评价30
• 3.2 柔性臂振动控制的仿真30-45
• 3.2.1 柔性臂在谐振频率下的振动控制仿真30-43
• 3.2.2 柔性臂在非谐振频率下的振动控制仿真43-44
• 3.2.3 柔性臂在随机振动下的振动控制仿真44-45
• 3.3 本章小结45-47
• 第4章 柔性机械臂振动控制的实验研究47-64
• 4.1 实验方案47-48
• 4.2 实验器材介绍48-53
• 4.3 实验研究53-62
• 4.3.1 柔性臂在谐振频率下的振动控制实验54-60
• 4.3.2 柔性臂在非谐振频率下的振动控制实验60-61
• 4.3.3 柔性臂在随机振动下的振动控制实验61-62
• 4.4 本章小节62-64
• 第5章 总结与展望64-65
• 5.1 总结64
• 5.2 展望64-65
• 参考文献65-69
• 攻读学位期间发表的学术论文69-70
• 致谢70

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1 张庆,王华坤,张世琪;组合柔性机械臂变形及滞迟特性分析[J];机械设计;2005年05期

2 刘广瑞;柔性机械臂振动控制研究[J];机电产品开发与创新;2005年03期

3 李坤;，

本文编号：1025350