机器人单连杆柔性机械臂减振方法研究

来源 :长安大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:YUZHOU2010
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随着智能技术的应用发展,工业机器人在运行中的高速度、高精度和低能耗性能显得愈发重要,正是这一需求推动了轻工业柔性机械臂的快速发展,但在考虑柔性机械臂灵活性的同时,也发现对此系统的控制存在一些极具挑战性的问题,尤其是振动的控制。首先,本论文以单连杆变截面柔性机械臂(镀锌薄钢板)为研究对象,基于Euler-Bernoulli梁理论对论文研究对象建立动力学模型,并得到弯曲振动方程,基于有限元分段思想采用一种计算变截面梁振动特性参数的快速算法,对其进行特性参数建模计算,且利用ANSYS软件对该建模方法进行验证,两者结果误差在合理范围之内(3%)。其次,通过对指令整形减振技术的探究,提出了一种基于柔性机械臂运动参数配置的振动抑制新方法,将机械臂运动设为加速、匀速和减速的三段式运动轨迹,配置运动加速度及速度值使得加减速段运动时间等于机械臂固有周期的整数倍,即t加/减速=n?T被控对象(n为大于零的正整数),可实现系统残余振动的抑制;采用状态空间法对被控对象求解得到传递函数并利用Simulink进行仿真及结果分析,结果表明该方法具有很好的抑振效果,当加速度a?62.8 rad/s2,机械臂角速度v?15.76 rad/s,且满足加减速时间t加/减速=T被控对象(机械臂固有周期)时,系统残余振动的抑制量可达90%以上,随着速度和加速度的提高由于机械臂变形的增加抑振效果也略有减弱。最后,搭建单连杆柔性机械臂振动实验平台,采用本论文抑振方法进行实验研究,检验了系统被控对象的特性参数数值,对柔性机械臂三段式运动轨迹的各阶段参数情形进行了实验并收集数据,且进行实验数据的曲线绘制及结果的综合分析对比,实验结果表明,当加减速时间t加/减速=n?T被控对象时,系统残余振动确实能够得到大幅减小,且加速度a?62.8 rad/s2,角速度v?15.76 rad/s,且加减速时间t加/减速=T被控对象时,系统残余振动的抑制量为85%以上,由于实验中存在些许不可控因素,故与仿真结果误差为5%左右。通过建模、仿真和实验的研究,结果证明了本论文柔性机械臂运动参数配置减振方法的合理性和正确性,并且该方法相比目前已有的减振方法简单且易于实现,比较具有实用价值,也为柔性臂减振方面有一定的指导意义。
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