基于主动抑振的医用柔性机械臂控制方法研究与应用
发布时间：2021-04-04 19:28
医用柔性机械臂作为重离子治癌装置的重要一环,其主要作用是完成患者支撑、摆位以及治疗等操作。本文以课题组自主设计的医用柔性机械臂为研究对象,针对小臂臂杆柔性导致机械臂摆位过程中末端所产生的弹性振动问题,考虑末端负载并将其集中质量化,通过最优输入整形作为前馈控制,模糊PID作为反馈控制的主动抑振控制算法,建立了基于最优输入整形的模糊PID控制器,使其在摆位过程中达到运动平稳,定位准确的控制要求,并通过联合仿真和实践应用两方面验证所设计的主动抑振控制器的合理性和有效性。本文主要研究内容和结果如下:（1）针对医用柔性机械臂中小臂的结构特点,将其简化成Euler-Bernoulli梁,采用假设模态法对其变形进行描述,并应用拉格朗日方法进行动力学分析,推导出状态空间方程,为主动抑振控制器的设计以及联合仿真奠定基础。同时通过有限元模态分析与数值计算的固有频率进行比较,从而验证变形描述的正确性。（2）分析PID控制以及模糊控制的优缺点,将两种控制方法进行组合,同时考虑到系统响应慢以及残余振动的影响,结合最优控制理论提出了最优输入整形控制策略,并在MATLAB/Simulink中搭建相应的控制模块,进而...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
升降式
升降式结构治疗床
接机械臂的反推控制，为后边动力学问题的解决打下了基矗4、有限段法（FiniteSegmentMethod）有限段法的基础是多体动力学原理，这个方法的核心是将单杆柔性臂的连续段分割成为几个有限段，并以弹簧等形式附加在各个分割节点上，从而表示杆件的柔性因素。刘旭亮等[13]为了提高所建立模型的准度和精度，采用有限段法，在几种不同边界条件下，分别分析了柔性臂前几阶的固有频率和振型函数，取得了不错的效果。通过以上方法对机械臂变形描述后，我们就可以建立柔性机械臂的动力学方程。常见的柔性机械臂动力学建模方法[14]如图1.1所示。图1.1柔性机械臂动力学建模方法
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于TwinCAT工业机器人测试系统搭建[J]. 陈挺木. 工业控制计算机. 2019(12)
[2]串联机器人的D-H建模方法分析[J]. 文辉. 现代制造技术与装备. 2019(04)
[3]基于输入整形技术的交流伺服系统抖动抑制[J]. 杨明,曹佳,徐殿国. 电工技术学报. 2018(21)
[4]用于机器人末端残余振动控制的控制误差优化输入整形器[J]. 张铁,林康宇,邹焱飚,刘晓刚. 西安交通大学学报. 2018(04)
[5]医疗机器人的技术发展与研究综述[J]. 楼逸博. 中国战略新兴产业. 2017(48)
[6]Chinese Association of Automation[J]. IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica. 2017(03)
[7]基于压电陶瓷的柔性机械臂主动振动控制实验研究[J]. 陈希,王海,陶伟,薛彬,杨春来. 传感技术学报. 2017(05)
[8]柔性臂振动抑制的新型控制策略研究[J]. 邓辉,孙俊缔,曹广忠. 控制工程. 2017(03)
[9]机械手D-H坐标系建立分析[J]. 孙伏. 陕西理工学院学报(自然科学版). 2016(06)
[10]基于TwinCAT3的Stewart平台控制系统设计[J]. 王进,郭帅,聂松亮. 自动化博览. 2015(09)
博士论文
[1]图像引导放射治疗模式下精确放射治疗生物学效应研究[D]. 金雏凤.中国科学技术大学 2012
[2]空间柔性机械臂控制策略研究[D]. 张晓东.北京邮电大学 2009
硕士论文
[1]基于TwinCAT的机器人控制系统设计[D]. 张炜岸.武汉纺织大学 2019
[2]柔性机械臂的动力学特性分析与振动控制研究[D]. 张壮.长安大学 2018
[3]基于自适应神经网络的柔性机械臂振动控制设计与研究[D]. 欧阳云呈.电子科技大学 2018
[4]剪式治疗床升降运动的分析与控制[D]. 李会鑫.兰州理工大学 2018
[5]柔性机械臂的动力学建模与弹性振动控制研究[D]. 郭珂甫.郑州大学 2017
[6]基于输入整形技术的机器人柔性机械臂振动抑制研究[D]. 邓辉.深圳大学 2016
[7]基于模糊PID控制的悬臂梁振动控制研究[D]. 赵亮.兰州理工大学 2016
[8]基于奇异摄动法的柔性机械臂振动控制研究[D]. 张征鹏.中北大学 2016
[9]柔性关节柔性臂杆机械臂动力学建模与振动抑制研究[D]. 杨益波.哈尔滨工业大学 2015
[10]智能交流接触器动态特性的仿真及实验研究[D]. 叶子.温州大学 2014
本文编号：3118344
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
升降式
升降式结构治疗床
接机械臂的反推控制，为后边动力学问题的解决打下了基矗4、有限段法（FiniteSegmentMethod）有限段法的基础是多体动力学原理，这个方法的核心是将单杆柔性臂的连续段分割成为几个有限段，并以弹簧等形式附加在各个分割节点上，从而表示杆件的柔性因素。刘旭亮等[13]为了提高所建立模型的准度和精度，采用有限段法，在几种不同边界条件下，分别分析了柔性臂前几阶的固有频率和振型函数，取得了不错的效果。通过以上方法对机械臂变形描述后，我们就可以建立柔性机械臂的动力学方程。常见的柔性机械臂动力学建模方法[14]如图1.1所示。图1.1柔性机械臂动力学建模方法
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于TwinCAT工业机器人测试系统搭建[J]. 陈挺木. 工业控制计算机. 2019(12)
[2]串联机器人的D-H建模方法分析[J]. 文辉. 现代制造技术与装备. 2019(04)
[3]基于输入整形技术的交流伺服系统抖动抑制[J]. 杨明,曹佳,徐殿国. 电工技术学报. 2018(21)
[4]用于机器人末端残余振动控制的控制误差优化输入整形器[J]. 张铁,林康宇,邹焱飚,刘晓刚. 西安交通大学学报. 2018(04)
[5]医疗机器人的技术发展与研究综述[J]. 楼逸博. 中国战略新兴产业. 2017(48)
[6]Chinese Association of Automation[J]. IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica. 2017(03)
[7]基于压电陶瓷的柔性机械臂主动振动控制实验研究[J]. 陈希,王海,陶伟,薛彬,杨春来. 传感技术学报. 2017(05)
[8]柔性臂振动抑制的新型控制策略研究[J]. 邓辉,孙俊缔,曹广忠. 控制工程. 2017(03)
[9]机械手D-H坐标系建立分析[J]. 孙伏. 陕西理工学院学报(自然科学版). 2016(06)
[10]基于TwinCAT3的Stewart平台控制系统设计[J]. 王进,郭帅,聂松亮. 自动化博览. 2015(09)
博士论文
[1]图像引导放射治疗模式下精确放射治疗生物学效应研究[D]. 金雏凤.中国科学技术大学 2012
[2]空间柔性机械臂控制策略研究[D]. 张晓东.北京邮电大学 2009
硕士论文
[1]基于TwinCAT的机器人控制系统设计[D]. 张炜岸.武汉纺织大学 2019
[2]柔性机械臂的动力学特性分析与振动控制研究[D]. 张壮.长安大学 2018
[3]基于自适应神经网络的柔性机械臂振动控制设计与研究[D]. 欧阳云呈.电子科技大学 2018
[4]剪式治疗床升降运动的分析与控制[D]. 李会鑫.兰州理工大学 2018
[5]柔性机械臂的动力学建模与弹性振动控制研究[D]. 郭珂甫.郑州大学 2017
[6]基于输入整形技术的机器人柔性机械臂振动抑制研究[D]. 邓辉.深圳大学 2016
[7]基于模糊PID控制的悬臂梁振动控制研究[D]. 赵亮.兰州理工大学 2016
[8]基于奇异摄动法的柔性机械臂振动控制研究[D]. 张征鹏.中北大学 2016
[9]柔性关节柔性臂杆机械臂动力学建模与振动抑制研究[D]. 杨益波.哈尔滨工业大学 2015
[10]智能交流接触器动态特性的仿真及实验研究[D]. 叶子.温州大学 2014
本文编号：3118344
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