双连杆柔性机械臂Timoshenko梁动力学模型

研究双连杆柔性机械臂动力学行为中转动惯量与剪切变形的影响,建立了Timoshenko梁的高阶理论,从而为各种动力学模型的精度分析与使用范围打下基础.     

柔性机械臂的动力学模型及PD控制

应用模态控制理论，对柔性机械臂的主动控制问题中的动力学模型进行了研究，在小变形假设的前提下，考虑由于横向变形而引起的轴向位移的影响，采用拉格朗日方程建立了计及动力刚化项的动力学模型，并将ＰＤ控制理论和方法应用于该模型。最后，对一单杆柔性机械臂的振动控制进行了计算机仿真。     

柔性机械臂结构控制一体化设计

综合考虑机械结构和控制器对系统性能的影响,采用结构与控制一体化设计方法对单连杆柔性机械臂系统进行了研究,同时优化设计参数包括柔性机械臂结构参数和控制器参数.为兼顾系统鲁棒性和抑制末端柔性振动性能,采用H_∞鲁棒控制器.结构设计变量的参数寻优采用智能优化算法.设计结果表明.柔性机械臂具有非均匀截面梁结构,设计的控制器对系统参数的不确定性有较好的鲁棒性.     

双连杆柔性机械臂的变结构轨迹控制

针对双连杆具有柔性前臂的机器人建立了非线性动力学模型，柔性臂所在的动坐标系上对坐示系采用相对坐标系，即悬臂梁坐标系，便得关节的实际转动角度与动坐标系的转角一致，利于控制方案的实施。基于输入输出线性化，提出了一种关节轨变结构跟踪控制方案，该方案考虑了柔性臂弹性变形的稳定性对参数的变化的鲁棒性。     

带滑移／转动铰的柔性机械臂的动力响应的特性分析

应用时变模态展开方法建立了带滑移／转动铰的平面单连杆柔性机械臂的动力学模型并给出动力响应的计算方法。对若干种特殊条件下的响应特性进行了分析，数值模拟和分析结果一致，最后本文给出了此类柔性机械臂动力响应的一些结论。     

带滑移／转动镇的柔性机械臂的动力响应和特性分析

应用时变模态展开方法建立了带滑移／转动铰的平面单连杆柔性机械臂的动力学模型并给出了动力响应的计算方法。对若干种特殊条件下的响应特性进行了分析，数值模拟和分析结果一致。最后本文给出了此类柔性机械臂动力响应的一些结论。     

柔性机械臂动力学建模及非线性控制器设计

针对轴向不伸长的Ｅｕｌｅｒ－Ｂｅｒｎｏｕｌｉ梁，采用假设模态法，根据能量一致性原理，利用变形约束方程的小变形假设条件，对带有末端荷载的柔性机械臂推导出考虑动力刚化影响的柔性机械臂有限维一致线性动力学方程。为实现柔性机械臂关节转角运动轨迹的精确跟踪采用基于输入输出部分线性化的控制方法设计非线生控制器，对该非线性动力学模型进行了解耦并产生理想关节转角运动轨迹的控制输入。     

单连杆柔性机械臂动力学模型分析

针对单连杆柔性机械臂研究了几种不同因素对其动力学响应的影响。分析了假设模态的数目对系统响应的影响,导出了模态截断与系统惯性矩阵的关系。分析了连杆的纵向变形引起的离心力纵向效应与系统响应的关系。     

叠层橡胶支座拉伸刚度退化机理研究

为研究剪切变形下叠层橡胶隔震支座拉伸刚度退化特性,分别建立双弹簧受拉模型与偏拉有效面积模型,并推导各截面形状及尺寸的拉伸刚度比公式。然后采用有限元软件ABAQUS建立支座模型,在模型验证的基础上,分析截面尺寸及形状对支座拉伸刚度退化影响,并与理论模型分析结果进行对比。理论模型与数值分析结果表明:橡胶支座拉伸刚度比与截面尺寸大小、形状无关,仅和剪切变形与截面惯性半径比值有关;当支座剪切变形达到规范限值时,拉伸刚度退化52%左右;所建立的模型及拟合刚度退化公式能够有效模拟橡胶支座在不同剪切变形下的拉伸刚度退化情况。     

末端有集中质量的柔性机械臂的动力学与控制模型

本文首先用约束模太法结合拉普年拉斯变换推导了末端有集中质量的Ｅｕｌｅｒ－Ｂｅｒｎｏｕｌｉ梁的特征方程，模态型函数及其正交条件，然后用拉格朗日结合设模态推导 末端有集中质量的单连杆柔性机械臂的动力学模型，并将此模型转换成了适于控制的状态空间表达式。     

离心力的刚化效应

以单连杆弹性臂动力学模型为基础讨论转速对频率、振幅的影响 ,得出了动力刚化的机理 ,并对其是否考虑动力刚化效应时进行了数值仿真比较与分析。结果表明 ,除低慢速情况以外必须考虑动力刚化项离心力的影响。     

考虑关节弹性的柔性机械臂系统动力学方程的确定

以双柔性机械臂系统为例,研究其在重力平面内运动,且考虑关节弹性的动力学问题,建立了独立坐标形式的拉格朗日方程．去掉弹性效应后,运动方程可退化为刚性连杆模型下的结果．     

空间柔性操作臂的动力学/控制耦合特性研究

采用哈密顿模型,对关节处含谐波减速器的空间柔性操作臂的动力学特性进行了研究. 在考虑谐波减速器柔性效应的前提下,分析臂杆运动过程中的动态约束类型,得到了包含系统控制参量和谐波减速器刚度系数的模态频率和振型方程. 综合关节和臂杆的柔性,建立了耦合系统控制律的动力学方程. 通过仿真计算不同控制参数下系统的动力学响应,验证所建系统动力学模型的有效性.     

刚-柔性机械臂动力学建模及其动力学特性研究

根据假设模态法,对刚-柔性机械臂系统进行了位形表达及运动学分析.基于Kane方程,建立了刚-柔性机械臂系统的动力学模型.数值仿真结果表明,截取前二阶模态即可满足刚-柔性机械臂系统的精度要求;分析了柔性机械臂的结构参数、材料参数和驱动力矩对其动力学特性的影响.研究结果表明:通过采用矩形截面,采用较大弹性模量的材料,减小外部施加的驱动力矩,避免驱动力矩产生突变,可以有效地提高刚-柔性机械臂系统的动力学性能.     

压电柔性机械臂的轨迹跟踪控制

提出一种利用压电材料对柔性机械臂进行末端轨迹跟踪控制的方法．利用假设模态法,采用压电作动器和传感器同位配置,根据Lagrange方程建立了单连杆柔性机械臂的动力学模型;针对柔性机械臂的非最小相位特点,以刚性旋转关节的转角为控制输出、以压电作动器抑制柔性机械臂的末端振动,基于Lyapunov函数,采用PD(proportional-differential)控制策略实现了对柔性机械臂进行末端轨迹跟踪控制．仿真结果表明,压电作动器很好地抑制了柔性机械臂末端的振动,末端的轨迹跟踪由关节驱动和压电作动共同完成,PD控制算法简单,易于工程实现．     

基于铰链结构的机械臂操作柔性负载系统建模与控制

基于铰链结构研究了机械臂协调操作柔性负载系统的动力学建模与控制问题。提出了虚拟连杆的概念,以虚拟连杆为基准运用有限元法与拉格朗日方程建立了柔性负载的运动方程和振动方程,在负载坐标空间建立了系统的动力学模型。针对振动状态的不可测量性,应用刚性控制规律设计了控制器,给出了一种补偿系统动力学对位置控制影响的方法。仿真结果验证了该方法的有效性。     

柔性双连杆机械臂脉冲力矩控制的数值仿真和实验研究

在刚性双连杆机械臂控制方案的基础上,提出了柔性双连杆机械臂的轨迹跟踪和振动抑制的脉冲力矩控制方案,针对竖直平面双连杆柔性机械臂进行了数值仿真和实验研究。     

基于铰链结构的机械臂操作柔性负载系统建模与控制

基于铰链结构研究了机械臂协调操作柔性负载系统的动力学建模与控制问题。提出了虚拟连杆的概念,以虚拟连杆为基准运用有限元法与拉格朗日方程建立了柔性负载的运动方程和振动方程,在负载坐标空间建立了系统的动力学模型。针对振动状态的不可测量性,应用刚性控制规律设计了控制器,给出了一种补偿系统动力学对位置控制影响的方法。仿真结果验证了该方法的有效性。     

基于自适应神经网络的柔性关节机械臂控制

柔性关节机械臂系统是一个非线性高阶系统,且其动力学方程难以精确地获得。因此,提出一种以关节驱动电机的输入电压为控制量的自适应神经网络控制器,用于控制多连杆柔性关节机械臂系统。所提控制方法通过对柔性关节机械臂模型解耦得到关节转角关于电压的方程,以电压为系统控制输入。设计神经网络控制器用于逼近最优控制输入,并设计鲁棒控制器补偿逼近误差。该控制方法不再涉及复杂的动力学方程,因此能简化计算。相比已有控制方法,所提出的控制策略更简单、响应更快且更有效。并以二连杆柔性关节机械臂为例进行了仿真研究,结果证明了所提出控制方法的有效性。     

双连杆柔性机械臂动力学方程仿真

研究机械臂系统学方程的数值解法。通过拉格朗日方程建立了考虑关节弹性变形的双连杆机械臂系统动力学方程。由于系统中存在着高频振荡,使微分方程变为难解的高阶层非线性微分方程组。本文对此方程组采用四阶龙格－库塔法进行数值分析,得到了较好的数值结果。