移动柔性操作臂系统机电耦合动力学特性及振动控制研究
发布时间：2021-07-24 23:32
直角坐标型机器人因其运动方式简单,易于进行计算机编程控制等,而广泛应用于拾取封装、喷涂、焊接等工业领域。该类型机器人的结构形式一般为底部大范围运动基座结合末端执行操作臂方式。机械操作臂直接作用于工业对象,因此其动态品质和运动特性对整机的操作精度具有重要影响。传统的直角坐标型机器人操作臂大多采用刚性结构,整体结构较笨重并且存在不易控制的结构抖振,对整机工作效率及定位精度会产生较大影响。为了提高直角坐标型机器人的整机性能,需要通过改进系统结构达到轻型化的目的,结构的轻型化也是实现高速和集成的基础。柔性操作臂具有轻质、载重自重比高、能耗低等优点,非常适合工业机器人集成化、高速化的发展趋势。但是,柔性操作臂由于本身刚度低、挠度大的结构特性,在运动过程中极易产生弹性变形和残余振动,并且由于柔性操作臂本身结构阻尼较小,振动将持续较长时间,这与芯片封装等工业应用场合的精确化要求相驳。为此,深入研究柔性操作臂的动态特性及振动抑制策略,是实现柔性操作臂在工业机器人上有效利用的前提。现有的高精度高动态响应工业直角坐标型机器人均采用基于交流永磁同步电机的伺服系统驱动,永磁驱动移动柔性操作臂系统是一个典型的机...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：148 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
全文研究内容架构
如图2-1 所示。当柔性操作臂应用于直角坐标型机器人设备上时即构成移动柔性操作臂，而应用于类关节机器人设备上时即构成转动柔性操作臂。这两种形式的柔性操作臂只是基座运动方式不同，其它并无本质区别，本文主要针对移动柔性操作臂系统进行分析。如图 1-2，2-1（a）所示，移动柔性操作臂系统主要包括：驱动子系统（交流永磁伺服系统）、传动子系统（滚珠丝杆副/移动导轨副等）、刚性定位基座、执行子系统（柔性操作臂）以及机械连接件等。在交流永磁同步电机驱动下，经滚珠丝杆副/移动导轨副传动从而实现柔性操作臂的指定运动，因此移动柔性操作臂系统是典型的机电耦合系统。由于交流永磁伺服系统是柔性操作臂的直接激励源并且柔性操作臂本身模态频率低，因此驱动端机电耦合效应对
机械系统电磁耦合场电气系统速度、位移频率、相位1、滚珠丝杆副2、定位基座3、柔性操作臂……1、永磁交流同步电机2、逆变器……图 2-3 永磁伺服驱动系统—移动柔性操作臂系统机电耦合构成图igure 2-3 Electromechanical-coupling structure diagram of the translational flexible manipuladriven by permanent magnet servo system根据移动柔性操作臂系统机电耦合构成框图，可看出通过电磁耦合场，实机械系统与电气系统的连接，完成了电压、电流等电信号到力、力矩等的转换典型的机电耦合系统。另一方面，在永磁伺服系统驱动下的移动柔性操作臂中，定位基座与柔性操作臂刚性连接。由于交流永磁同步电机直接驱动定位运动，继而驱动柔性操作臂运动到指定位置，电机的输出特性将对柔性操作动态特性产生较大的影响。因此，运用机电系统分析动力学理论，本节对交磁同步电机驱动下柔性操作臂系统进行全局耦合分析，可建立如图 2-4 所示磁驱动移动柔性操作臂系统全局机电耦合关系框图。
【参考文献】：
期刊论文
[1]飘浮基两杆柔性空间机械臂基于速度观测器的增广自适应控制[J]. 于潇雁,陈力. 振动与冲击. 2017(11)
[2]2017年中国集成电路产业现状分析[J]. 魏少军. 集成电路应用. 2017(04)
[3]中国机器人的发展战略思考[J]. 高峰,郭为忠. 机械工程学报. 2016(07)
[4]“十三五”期间中国集成电路制造产业链发展的思考[J]. 叶甜春. 集成电路应用. 2016(01)
[5]基于滚珠丝杠的四自由度点胶机器人设计研究[J]. 陈曦,汤雪松. 制造业自动化. 2015(17)
[6]智能制造——“中国制造2025”的主攻方向[J]. 周济. 中国机械工程. 2015(17)
[7]考虑压电传感片故障的柔性机械臂振动容错控制[J]. 马天兵,杜菲,钱星光,张建君. 北京邮电大学学报. 2015(03)
[8]一种无模型的柔性关节机械臂非线性状态观测器设计[J]. 李光,符浩,杨韵. 湖南工业大学学报. 2015(03)
[9]现代高性能永磁交流伺服系统综述——传感装置与技术篇[J]. 莫会成,闵琳. 电工技术学报. 2015(06)
[10]工业机器人的发展现状及发展趋势[J]. 任志刚. 装备制造技术. 2015(03)
博士论文
[1]直角坐标柔性机器人操作臂机电耦合动力学及振动特性研究[D]. 刘玉飞.中国矿业大学 2016
[2]基于压电致动器的空间柔性机械臂系统的轨迹跟踪与振动抑制一体化控制研究[D]. 娄军强.浙江大学 2013
[3]柔性关节机械臂及其运动学标定和振动抑制的研究[D]. 黎田.哈尔滨工业大学 2012
[4]轴向运动梁和面内平动板横向振动的建模与分析[D]. 唐有绮.上海大学 2011
硕士论文
[1]直角坐标搬运机器人设计与性能分析[D]. 徐振伟.沈阳工业大学 2017
[2]不同重力环境下柔性关节空间机械臂轨迹跟踪控制[D]. 高静方.燕山大学 2016
[3]三环控制机器人集成关节及两自由度轻量型机器人研究[D]. 陈光增.哈尔滨工业大学 2016
[4]柔性梁系统用永磁同步电机矢量控制仿真与实现[D]. 彭科.广东工业大学 2014
[5]挠性空间机械臂刚柔耦合动力学与控制研究[D]. 毛志刚.哈尔滨工业大学 2012
[6]输入整形减振算法的研究与实现[D]. 陈俊恒.哈尔滨工业大学 2010
[7]柔性机械臂的振动控制研究[D]. 李兴修.东北大学 2010
[8]柔性机械臂的主动控制与实验研究[D]. 滕悠优.上海交通大学 2007
[9]超高速磨削电主轴系统机电耦合参数优化及动态特性研究[D]. 吕浪.湖南大学 2006
本文编号：3301652
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：148 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
全文研究内容架构
如图2-1 所示。当柔性操作臂应用于直角坐标型机器人设备上时即构成移动柔性操作臂，而应用于类关节机器人设备上时即构成转动柔性操作臂。这两种形式的柔性操作臂只是基座运动方式不同，其它并无本质区别，本文主要针对移动柔性操作臂系统进行分析。如图 1-2，2-1（a）所示，移动柔性操作臂系统主要包括：驱动子系统（交流永磁伺服系统）、传动子系统（滚珠丝杆副/移动导轨副等）、刚性定位基座、执行子系统（柔性操作臂）以及机械连接件等。在交流永磁同步电机驱动下，经滚珠丝杆副/移动导轨副传动从而实现柔性操作臂的指定运动，因此移动柔性操作臂系统是典型的机电耦合系统。由于交流永磁伺服系统是柔性操作臂的直接激励源并且柔性操作臂本身模态频率低，因此驱动端机电耦合效应对
机械系统电磁耦合场电气系统速度、位移频率、相位1、滚珠丝杆副2、定位基座3、柔性操作臂……1、永磁交流同步电机2、逆变器……图 2-3 永磁伺服驱动系统—移动柔性操作臂系统机电耦合构成图igure 2-3 Electromechanical-coupling structure diagram of the translational flexible manipuladriven by permanent magnet servo system根据移动柔性操作臂系统机电耦合构成框图，可看出通过电磁耦合场，实机械系统与电气系统的连接，完成了电压、电流等电信号到力、力矩等的转换典型的机电耦合系统。另一方面，在永磁伺服系统驱动下的移动柔性操作臂中，定位基座与柔性操作臂刚性连接。由于交流永磁同步电机直接驱动定位运动，继而驱动柔性操作臂运动到指定位置，电机的输出特性将对柔性操作动态特性产生较大的影响。因此，运用机电系统分析动力学理论，本节对交磁同步电机驱动下柔性操作臂系统进行全局耦合分析，可建立如图 2-4 所示磁驱动移动柔性操作臂系统全局机电耦合关系框图。
【参考文献】：
期刊论文
[1]飘浮基两杆柔性空间机械臂基于速度观测器的增广自适应控制[J]. 于潇雁,陈力. 振动与冲击. 2017(11)
[2]2017年中国集成电路产业现状分析[J]. 魏少军. 集成电路应用. 2017(04)
[3]中国机器人的发展战略思考[J]. 高峰,郭为忠. 机械工程学报. 2016(07)
[4]“十三五”期间中国集成电路制造产业链发展的思考[J]. 叶甜春. 集成电路应用. 2016(01)
[5]基于滚珠丝杠的四自由度点胶机器人设计研究[J]. 陈曦,汤雪松. 制造业自动化. 2015(17)
[6]智能制造——“中国制造2025”的主攻方向[J]. 周济. 中国机械工程. 2015(17)
[7]考虑压电传感片故障的柔性机械臂振动容错控制[J]. 马天兵,杜菲,钱星光,张建君. 北京邮电大学学报. 2015(03)
[8]一种无模型的柔性关节机械臂非线性状态观测器设计[J]. 李光,符浩,杨韵. 湖南工业大学学报. 2015(03)
[9]现代高性能永磁交流伺服系统综述——传感装置与技术篇[J]. 莫会成,闵琳. 电工技术学报. 2015(06)
[10]工业机器人的发展现状及发展趋势[J]. 任志刚. 装备制造技术. 2015(03)
博士论文
[1]直角坐标柔性机器人操作臂机电耦合动力学及振动特性研究[D]. 刘玉飞.中国矿业大学 2016
[2]基于压电致动器的空间柔性机械臂系统的轨迹跟踪与振动抑制一体化控制研究[D]. 娄军强.浙江大学 2013
[3]柔性关节机械臂及其运动学标定和振动抑制的研究[D]. 黎田.哈尔滨工业大学 2012
[4]轴向运动梁和面内平动板横向振动的建模与分析[D]. 唐有绮.上海大学 2011
硕士论文
[1]直角坐标搬运机器人设计与性能分析[D]. 徐振伟.沈阳工业大学 2017
[2]不同重力环境下柔性关节空间机械臂轨迹跟踪控制[D]. 高静方.燕山大学 2016
[3]三环控制机器人集成关节及两自由度轻量型机器人研究[D]. 陈光增.哈尔滨工业大学 2016
[4]柔性梁系统用永磁同步电机矢量控制仿真与实现[D]. 彭科.广东工业大学 2014
[5]挠性空间机械臂刚柔耦合动力学与控制研究[D]. 毛志刚.哈尔滨工业大学 2012
[6]输入整形减振算法的研究与实现[D]. 陈俊恒.哈尔滨工业大学 2010
[7]柔性机械臂的振动控制研究[D]. 李兴修.东北大学 2010
[8]柔性机械臂的主动控制与实验研究[D]. 滕悠优.上海交通大学 2007
[9]超高速磨削电主轴系统机电耦合参数优化及动态特性研究[D]. 吕浪.湖南大学 2006
本文编号：3301652
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/3301652.html
