基于NSGA-Ⅱ的刚柔耦合机械臂振动抑制轨迹规划

为抑制柔性臂的弹性振动及获得能耗较低的运动轨迹,提出一种多目标遗传优化算法和3-5-5-3多项式函数插值的轨迹规划方法。采用模态假设法建立刚柔耦合机械臂的动力学方程,获得运动轨迹与残余振动的关系。依据刚性二连杆机械臂的动力学方程计算系统的能耗。在轨迹优化过程中,以轨迹基准点的位移浮动值作为待优化变量,由初始、终止条件和中间插值点连续的关系,得出多项式的系数。运用NSGA-Ⅱ算法,获得待定变量的最优值,使得运动结束后机械臂残余振动和能耗达到最小值,通过数值仿真验证了这种抑制振动方法的有效性。     

基于FWA的柔性机械臂振动抑制轨迹规划

为抑制柔性臂柔性关节的弹性振动,提出一种FWA优化算法结合傅里叶级数的轨迹规划方法。采用Lagrange法建立了柔性机械臂的动力学方程,得到了运动轨迹与残余振动的关系。以傅里叶级数的系数为待优化变量。运用FWA算法,获得待定变量的最优值,使得运动结束后机械臂末端残余振动最小,通过数值仿真验证了这种抑制振动方法是有效的。     

考虑关节非线性的串联双连杆机械臂工业机器人运动控制

当前,导致多轴工业机器人轨迹跟踪误差的主要非线性因素是各轴上的关节非线性和不同轴间的动力学耦合效应。对此,提出了一种考虑关节非线性的串联双连杆机械臂模型的工业机器人运动控制方法。构造了机械臂运动学和动力学模型,提出了一种参数化建模方法,将连杆的非线性刚度和摩擦力直接辨识为关节非线性,并将该方法应用于具有低频振动特性、对轨迹性能具有重要影响的典型多轴工业机器人的串联双连杆臂,再现串联双连杆机械臂的运动状态,通过数值模拟和实验对比,验证了该方法的有效性。采用含可变陷波滤波器的反馈闭环控制和动态前馈补偿2自由度控制两种控制方案,提高机械臂轨迹跟踪和残余振动抑制的性能。结合4种不同运动形式,开展实验研究,与常规PI轨迹跟踪控制方法进行对比分析。结果表明,采用具有可辨识双连杆动力学模型和带可变陷波滤波器反馈闭环回路的2自由度控制方案能够提高轨迹追踪和残余振动抑制性能。     

单自由度柔性机械臂刚柔耦合动力学仿真研究

柔性机械臂在刚性旋转的同时自身存在弹性变形运动,其动力学行为表现为复杂的刚柔耦合现象,对机械臂的控制精度和运动稳定性产生不可忽视的影响.为研究单自由度柔性机械臂的刚柔耦合特性,采用了ANSYS和ADAMS的联合仿真方法.基于柔性体建模理论,在ANSYS中建立单自由度柔性机械臂的有限元模型,将模型导入ADAMS中进行动力学仿真.分析了机械臂末端的振动与转速的关系,研究了某一时刻的动应力及其随时间的变化情况.结果表明,该方法适用于柔性机械臂的刚柔耦合动力学特性研究,对柔性机械臂的设计具有重要意义.     

液压挖掘机刚柔耦合动力学分析

针对挖掘机主要机械臂应力动态计算困难的问题,综合虚拟样机技术、有限元和动力学理论,采用模态缩减法柔性化动臂和斗杆,建立挖掘机刚柔耦合模型,实现了挖掘机模拟实际工况的动力学分析。求解了挖掘机机械臂动态应力特性及液压缸负载情况,结果表明,静力学分析存在局限性,综合考虑运动状态与负载的动力学分析能更精确计算危险工况时应力分布。动臂最大应力值为107.7MPa,斗杆最大应力值为40 MPa。该研究为类似机构的结构优化、疲劳分析和振动抑制提供参考。     

基于解耦的柔性关节机械臂振动抑制方法研究

针对多自由度柔性关节机器人手臂残余振动抑制问题,对双杆机械臂关节耦合及振动抑制方法进行了研究,提出了基于解耦的柔性关节振动抑制控制算法。首先,根据拉格朗日方法建立了系统的动力学模型。然后,分析了关节间存在的相互作用力及关节间的相互耦合对机械臂振动抑制的影响。利用模糊补偿控制方法对二自由度柔性关节机械臂进行了模糊解耦,并在解耦的基础上引入零振荡整形器(ZV整形器)对解耦后的各个单关节进行进一步控制,以抑制各臂杆由于关节刚度不足导致的残余振动。最后,通过数值算例进行了仿真,验证了该算法的有效性。研究结果表明,加入解耦环节之后,两杆的相互干扰明显减弱,耦合度明显降低,使该非线性系统近似成为线性系统,再通过零振荡整形器对各关节运动加以优化,使得机械臂的残余振动得到了有效的抑制。     

空间刚柔性机械臂动力学模型与轨迹跟踪控制

针对双连杆刚柔性空间机械臂建立了非线性动力学方程,运用基于模型的非线性解耦反馈控制方法,得到刚柔性机械臂部分解耦形式的控制方程。讨论了空间机械臂的轨迹跟踪问题,通过二例数值仿真计算,表明了该方法的有效控制。     

柔性机械臂的状态观测及跟踪控制研究

提出一种基于非线性状态观测器的输入输出控制策略,实现了平面运动多连杆柔性机械臂的关节角跟踪控制和弹性振动的抑制。应用拉格朗日法建立柔性机械臂的动力学模型。基于欧拉-伯努利梁理论,采用有限维度的假设模态描述机械臂的弹性振动。通过重新定义机械臂末端处的输出变量,运用输入输出线性化方法,设计反馈控制器实现了对关节角的控制;以非线性观测器获得弹性振动幅值的变化率,以此构建了振动抑制控制器。通过李雅普诺夫定理证明了设计的非线性观测器的稳定性和误差一致收敛性,引入遗传算法对振动抑制控制器的增益实现了整定,仿真结果证明了提出的控制方法的有效性。     

柔性欠驱动机械臂动力学耦合分析

为建立柔性3R欠驱动机械臂的动力学方程,采用Euler-Bernoulli梁模型并添加经迭代计算的边界条件,对柔性机械臂进行了动力学耦合与仿真分析。在对柔性机械臂进行模态分析的基础上,将柔性机械臂视为包含边界条件的悬臂梁和简支-自由梁模型,采用假设模态法建立柔性3R欠驱动机械臂的动力学模型。仿真结果证明：添加经迭代计算的边界条件的柔性梁模型能更好地反映自由关节的加速度耦合情况。最后对柔性欠驱动机械臂与刚性欠驱动机械臂进行关节耦合指标分析,结果表明柔性欠驱动机械臂的自由关节包含更复杂的耦合情况,对柔性机械臂弹性振动的控制是对柔性欠驱动机械臂控制的关键。     

柔性关节机械臂轨迹规划及振动抑制研究

针对工业机器人多自由度复杂机械臂系统,对其建立多刚体运动学模型,仿真验证末端运动轨迹的真确性。在此基础上,对机械臂系统的末端关节进行柔性化处理,添加随机柔性扰动,得到刚柔耦合机械臂较为真实的末端轨迹曲线。提出了基于混沌粒子群优化算法(CPSO)的振动抑制方案,通过CPSO算法对机械臂末端轨迹的插值参数进行优化,定义了柔性末端的振动变形最小的目标函数,并给出了具体的求解步骤。数值仿真结果表明,在满足系统约束条件的情况下,机械臂运行平稳,不存在角速度突变的情况,相比于基本粒子群优化算法,CPSO算法保证了粒子群体的随机性,提高了群体的多样性,且收敛速度较快,不会陷入局部最优,在CPSO优化下的柔性末端轨迹振动明显减小,从而说明CPSO算法能够有效优化轨迹规划参数,减小机械臂柔性末端的振动变形。