柔性机械臂控制技术的研究意义及现状.pdf

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1、学术研究柔性机械臂控制技术的研究意义及现状牟荟瑾（吉林建筑工程学院城建学院）摘要：介绍了柔性机械臂控制技术的研究意义及国内外的发展现状,详细阐述了柔性机械臂的几种常见的控制方法。关键词：柔性机械臂；控制方法；研究现状1.研究的目的和意义产物，被人们认为是应用力学最活跃的领域之一。它研究起近年来，随着对柔性多体系统动力学研究的深入和工程源于20世纪70年代，迄今为止不足40年的发展历史，但却实际应用的需求，人们开始对系统的研究越发感兴趣。柔性得到了迅猛的发展。究其原因，一方面是由于它对机械、车机械臂作

2、为柔性多体系统动力学分析与控制理论研究最直接辆、军械、机器人、航空、航天等工程领域有重要的实用价的应用对象，由于其具有简明的物理模型以及易于计算机和值，另一方面，在理论和学术上也很有意义，推动了许多学实物模型试验实现的特点，已成为发展新一代机器人和航空科的进一步发展和多学科的相互渗透。其中柔性机械臂作为航天技术的关键性课题。对机器人柔性臂的研究主要包括动典型的柔性结构已吸引了国内外大量学者在这一领域内进行力学模型的研究以及柔性机械臂控制策略的研究两大方面。了深入的研究。其研究内容主要分为四个方面：一

3、是关于柔并将其研究结果广泛的应用到航天，精密机械及其自动化控性机械臂动力学模型的建立；二是关于柔性机械臂数值仿真制。同时，这种先进的和精密的构造形式与控制方法也开始的实验研究；三是关于柔性机械臂控制方法的研究及控制器渗透到结构工程领域，特别是在对于大型结构及构件的隔震的实现；四是关于柔性机械臂控制的优化设计问题。与抗震研究中，广泛地应用了这种控制技术。柔性机械臂是2.1建模一个强耦合、强非线性的时变结构，相对于刚性机械臂来说关于柔性机械臂动力学模型的建立问题，早期的文献，具有高效、低耗、灵活方便及具

4、有更大的工作空间等优点。人们一般忽略刚体运动与梁的挠曲运动耦合产生的影响，采但是，由于弹性变形而严重地影响了其工作状态，阻碍了工用线性化的模型。由于这种模型在物理概念上有明显的错误，程中的广泛应用。因此，必须开展对柔性机械臂结构设计和当刚体运动速度超过一定的界限时，会导致较大的误差；随控制方法的研究。也就是说，如何从结构设计、运动学、动后人们又提出了考虑刚弹耦合影响的动力学模型，即力学和控制方面考虑避免、减小和消除弹性变形和弹性振动simple-flexuremodel。但经过深入的理论分析和数值计

5、算，人的影响是一个急待解决的问题。而柔性机械臂系统的系统动们发现这种模型在关节转角速度超过结构的一阶固有频率力学响应是比较复杂的，尤其反映在弹性运动中，只有很好时，会出现发散现象；于是人们又建立了考虑动力刚化影响的研究它，才能保证柔性机械臂在实际操作中具有较高的精的柔性机械臂完备的动力学方程。但是，从工程实际的应用度和可靠度，为真正实现机械臂的实时控制创造条件。这些和控制器的设计角度来说，人们往往希望得到一个简单的并研究将为航天、机械及结构中的振动控制方面研究提供理论且适合柔性机械臂大范围快速运动的

6、有限维动力学模型，因参考。此，对计及动力刚化项的柔性机械臂系统模型的简化问题仍柔性机械臂是集动力学基本理论研究、机电一体化、计有许多工作有待开展。算机软件的开发与应用、优化控制理论研究于一身，具有科2.2数值仿真技含量高，应用前景广的巨大优势，对于航空航天、机器人关于柔性机械臂数值仿真的实验研究，最困难的问题是研究与应用、精密机械制造与控制等领域有着广大的应用空评价分析模型预测的可靠性。影响可靠性的因素很多，其中间；同时还可应用到其它领域，如可将对该系统的分析理论实际模型抽象成分析模型的可靠性、分析

7、模型的数值离散、和方法应用于各种结构的控制，如飞机机翼的振动控制，转计算机执行数值计算的精度限制成为主要的影响因素。动轴的振动，工程结构中板、梁等的振动控制，其前景十分2.3控制方法可观，将会带来明显的社会效益、经济效益和环境效益。关于柔性机械臂控制方法的研究及控制器的实现问题，2.国内外的研究现状及分析目前控制研究的方法有很多，为了使机械臂较快地运动到目由于空间技术和机器人技术的发展，柔性多体系统的研标，并趋于稳定，一般都分两个阶段进行控制，即在开始阶究受到了很大的关注。柔性多体系统动力学相对来说

8、是一门段可以采用一个与转动角度、转动角速度有关的简单控制规新兴的交叉学科，它是刚体力学、分析力学、弹性力学、矩律，使机械臂迅速运动到目标附近，然后再采用比较精确的阵理论、图论、计算数学和自动控制理论等多学科相结合的控制规律，使机械臂最终达到目标并较快的稳定下来。一般91现代经济信息都是先建立控制方程，然后通过计算机模拟验证控制方法和1981年采用不独立坐标，用Lagrange方程建立了二阶微分方控制方程的有效性。但是模拟中数值不稳定现象时常发生，程与代数方程混合形式的