基于主被动混合控制模式两自由度柔性机械臂的抑振研究

发布时间：2021-02-08 12:56

　　柔性机械臂的轻质量、低耗能、高负载自重比使其在太空垃圾回收、水下样本采集、未知空间探测等工作中游刃有余。不足的是其在工作中产生的机械振动对其工作精度影响较大,导致末端执行件定位不准。为提高定位精度,对机械臂的振动进行抑制迫在眉睫。当前,主流的控制方法有主动和被动两种类型,二者在抑振上各有千秋。为获得更好抑振效果,本文对主被动混合控制策略进行探究。本文基于拉格朗日法进行了动力学建模,推导了系统动力学方程。基于comsol中的模态分析模块对两自由度柔性机械臂进行了前三阶的模态分析,并以此为据,设计了2种被动控制方案,6种主动控制方案,6种主被动混合控制方案。在comsol中进行了前两阶振动下无控制状态和上述14种控制模式下运动的仿真,绘制出末端点在不同控制下的位移时间图像。仿真结果说明了主被动混合控制末端振动抑制效果比同位置的主动控制更好。最后,基于激光位移传感器搭建了实验平台,先后对无控制状态下,被动控制下方案1、方案2,仿真结果抑振效果较好的主动控制方案3、4、5和主被动混合控制下的方案9、10、11进行了机械臂末端振动位移测量。分析实验结果,验证了前面仿真结果的正确性。 

【文章来源】：安徽工程大学安徽省

【文章页数】：92 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
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第1章 绪论
    1.1 课题来源
    1.2 研究背景与意义
        1.2.1 柔性机械臂的研究背景
        1.2.2 柔性机械臂动力学分析的国内外研究现状
        1.2.3 柔性机械臂振动控制的研究现状
    1.3 研究内容
第2章 两自由度柔性机械臂的理论建模
    2.1 两自由度柔性机械臂的运动学分析
        2.1.1 机械臂1的运动分析
        2.1.2 机械臂2的运动分析
    2.2 柔性机械臂动力学分析
        2.2.1 系统的动能
        2.2.2 系统的应变能
        2.2.3 基于拉格朗日方程的动力学建模
第3章 两自由度柔性机械臂的振动系统建模和仿真
    3.1 柔性机械臂的振动建模
    3.2 基于压电陶瓷片的主动控制方案的设计
    3.3 振动控制器的建模
    3.4 系统末端位移的有限元仿真
        3.4.1 基于被动控制设计的2种控制方案
        3.4.2 基于主动控制设计的控制6种控制方案
        3.4.3 基于主被动混合控制设计的6种控制方案
        3.4.5 一阶谐振下的末端位移仿真
        3.4.6 二阶谐振下的末端位移仿真
        3.4.7 仿真结果分析
    3.5 本章小结
第4章 两自由度柔性机械臂实验平台的设计和搭建
    4.1 机械臂2的设计与静力学下的应力和位移分析
    4.2 关节2处的连接元件设计
    4.3 机械臂1的设计与静力学下的应力和位移分析
    4.4 实验台基座的设计
    4.5 实验台加工实物装备图
第5章 基于主被动混合控制模式下两自由度柔性机械臂振动抑制实验研究
    5.1 实验方案
    5.2 实验器材简介
    5.3 两自由度柔性机械臂在主被动混合控制下的实验
        5.3.1 无控制状态下两自由度柔性机械臂末端振动测量
        5.3.2 被动控制下柔性机械臂末端振动实验
        5.3.3 主动控制下两自由度柔性机械臂末端振动
        5.3.4 主被动混合控制模式下两自由度柔性机械臂末端振动
    5.4 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
攻读学位期间学术成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
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硕士论文
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本文编号：3023955