基于输入整形技术的机器人柔性机械臂振动抑制研究

发布时间：2017-08-24 12:20

  本文关键词：基于输入整形技术的机器人柔性机械臂振动抑制研究

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【摘要】：机器人柔性机械臂具有质量轻、成本低、结构设计紧凑等优点,被广泛用于航天器、机器人等柔性结构体,在先进制造领域极具发展前景。机器人柔性机械臂在运行过程中会出现残留振动现象,严重影响机器人柔性机械臂的响应效率和控制精度,增加机器人柔性机械臂系统结构设计的复杂性。输入整形器是一种开环控制器,仅需要对输入指令进行整形即可消除系统的残留振动,具有结构简单、容易实现等优点。为了抑制机器人柔性机械臂在运行过程中出现的残留振动并提高其效率和精度,本文深入研究基于输入整形技术的机器人柔性机械臂振动抑制。本文构建了机器人柔性机械臂的机械结构及振动抑制系统,阐述了机器人柔性机械臂的运动机理。基于Lagrange动力学方程和假设模态法推算了机器人柔性机械臂的动力学模型,并从模态截断、非线性和结构参数等三个方面进行了机器人柔性机械臂的动力学特性分析。依据输入整形技术获得了机器人柔性机械臂的典型输入整形器的表达式,并对其进行了鲁棒性分析。采用MATLAB软件搭建了机器人柔性机械臂仿真模型,对该模型进行了仿真研究。基于某公司提供的机器人柔性机械臂样机,构建了机器人柔性机械臂的残留振动抑制开放式实验平台,并在VC++6.0环境下对其进行了实验研究。研究表明:1)基于模态截断和非线性分析,验证了推算的机器人柔性机械臂动力学简化模型的正确性;2)柔性机械臂的构造参数是其振动的关键要素;3)在相同的速度和负载条件下,EI输入整形器的抗干扰性优于ZV输入整形器和ZVD输入整形器;4)在相同的输入整形器和负载条件下,柔性机械臂振动随着运动速度增大而增大;5)在相同的输入整形器和速度下,柔性机械臂振动随着负载的增大而增大;6)设计的输入整形器实现了机器人柔性机械臂的振动抑制。本文对机器人柔性机械臂振动抑制的研究为航天器、机器人等柔性结构体的最优构造设计和振动抑制提供了理论参考。
【关键词】：机器人柔性机械臂 振动抑制 输入整形 运动控制
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-14
• 1.1 课题来源、背景及意义8-9
• 1.2 机器人柔性机械臂振动抑制的国内外研究现状9-12
• 1.2.1 被动振动抑制11
• 1.2.2 主动振动抑制11-12
• 1.3 基于输入整形技术的主动振动抑制国内外研究现状12-13
• 1.4 本文研究的主要内容13-14
• 第2章 机器人柔性机械臂的建模及其动力学特性分析14-34
• 2.1 机器人柔性机械臂的系统结构14
• 2.2 机器人柔性机械臂的动力学模型14-22
• 2.2.1 机器人柔性机械臂的弹性变形15-17
• 2.2.2 机器人柔性机械臂的振型函数直交性17-19
• 2.2.3 机器人柔性机械臂的能量方程19-22
• 2.3 机器人柔性机械臂的动力学特性22-33
• 2.3.1 机器人柔性机械臂的模态截断分析22-28
• 2.3.2 机器人柔性机械臂的非线性化分析28-31
• 2.3.3 机器人柔性机械臂的结构参数分析31-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第3章 输入整形技术研究34-45
• 3.1 输入整形原理34-38
• 3.2 输入整形技术实现38-41
• 3.2.1 ZV输入整形器38-39
• 3.2.2 ZVD输入整形器39-40
• 3.2.3 EI输入整形器40-41
• 3.3 输入整形器的特性41-44
• 3.3.1 输入整形器的主零点分布特性41-42
• 3.3.2 输入整形器的幅频特性42-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第4章 基于输入整形技术的机器人柔性机械臂振动抑制仿真研究45-50
• 4.1 仿真系统45-46
• 4.2 仿真与结果分析46-49
• 4.2.1 输入整形器的灵敏度分析46-48
• 4.2.2 输入整形器的鲁棒性分析48
• 4.2.3 输入整形器的时域分析48-49
• 4.3 本章小结49-50
• 第5章 基于输入整形技术的机器人柔性机械臂振动抑制实验研究50-66
• 5.1 机器人柔性机械臂的振动抑制系统硬件搭建50-52
• 5.2 机器人柔性机械臂的参数测试52-53
• 5.2.1 固有频率测试52-53
• 5.2.2 阻尼比测试53
• 5.3 机器人柔性机械臂的振动抑制系统软件实现53-57
• 5.4 实验与结果分析57-65
• 5.4.1 T型轨迹规划57-60
• 5.4.2 S型轨迹规划60-65
• 5.5 本章小结65-66
• 第6章 结论66-67
• 参考文献67-71
• 致谢71-72
• 攻读硕士学位期间的研究成果72

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本文编号：731261