柔性关节机械臂残余抖动抑制与实验研究

摘要

具有柔性关节的轻型机械臂，因其质量轻、惯性小、能耗低等优点而被广泛应用。柔性关节由于谐波减速器、力矩传感器等弹性部件的存在，因此在运行过程中的变形和运行结束后的残余抖动是不可避免的。残余抖动将导致机械臂的定位精度和控制稳定性降低。本文将针对柔性关节轻型机械臂在应用过程中的这些不利因素，以DLR-HIT联合实验室开发的四自由度柔性关节机械臂为平台，采用理论与实验研究相结合的方法来抑制机械臂的残余抖动同时保证系统的抗干扰能力。论文的主要研究内容将包括以下几个方面：
　　首先，在文献综述结论的基础上，对关节柔性建立数学模型，同时采用Newton-Euler法建立刚性机械臂动力学模型，并将二者相结合构成柔性关节机械臂的动力学模型。
　　其次，采用时变输入整形方法对DLR-HIT四自由度机械臂进行控制：当模型不准确时采用离线方法，获得振动模态随构型变化函数，基于这个函数实时改变输入整形器参数，达到抑振残余抖动的目的；当模型准确时通过动力学模型求解特征值获得振动模态随构型变化函数，实时改变基本输入整形参数，实现残余抖动抑制。
　　然后，针对整形技术抗干扰能力的缺陷，对输入整形技术与闭环控制结合控制进行初步研究。采用全状态反馈极点配置方法和带反馈的全阶闭环状态观测器组合的调节器为闭环控制策略，输入整形与闭环结合控制不仅抑制机械臂残余抖动而且提高控制器的抗干扰能力。
　　最后利用HIT-DLR轻型柔性臂平台进行了简单输入整形控制、两种时变输入整形器、全状态反馈极点配置控制与输入整形器结合控制进行实验研究，通过实验验证了理论成果。

目录

柔性关节机械臂残余抖动抑制与实验研究硕

RESEARCH ON APPROACH OF SUPPRESSSINGTHE RESIDUAL VIBRATION OF FLEXIBLEJOINT MANIPULATOR AND ITS EXPERIMENTALVERIFICATION

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 柔性机械臂振动控制方法国内外研究进展

1.3 输入整形控制

1.4 课题主要研究内容

第2章 四自由度柔性关节机械臂硬件结构与建模

2.1 引言

2.2 四自由度柔性关节机械臂硬件结构系统

2.3 机械臂动力学模型

2.4 本章小结

第3章 柔性关节臂残余抖动的输入整形控制

3.1 引言

3.2 输入整形原理与基本整形器

3.3 单柔性关节机械臂控制系统分析

3.4 两关节柔性关节机械臂抖动抑制

3.5 时变输入整形技术

3.6 本章小结

第4章 输入整形技术与闭环控制结合的初步研究

4.1 引言

4.2 输入整形器与闭环控制结合控制

4.3 输入整形器与闭环控制器结合的结论

4.4 本章小结

第5章 抑制残余抖动实验研究

5.1 引言

5.2 柔性关节机械臂基本输入整形抑制试验研究

5.3 柔性关节机械臂时变输入整形抑制试验研究

5.4 柔性单关节机械臂输入整形与闭环结合实验研究

5.5 本章小结

结 论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致 谢