考虑变形耦合的受冲击柔性机械臂动力学建模

将刚-柔耦合体动力学的新建模理论应用于受冲击柔性机械臂的研究。将柔性机械臂简化为弹性梁,在梁的纵向变形中考虑了变形耦合量,计及了这种耦合对大范围运动的影响。利用Lagrange方程建立了机械臂的动力学方程。将受碰撞冲击后柔性机械臂的瞬态响应,作为求解动力学方程组的初始条件。针对刚体模型和柔性耦合模型进行了数值仿真计算,表明柔性耦合模型更加符合实际情况,为柔性机械臂的动力学分析与控制提供了依据。     

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。     

计及非线性变形的刚-柔耦合动力学建模

考虑变形产生的几何非线性效应对运动柔性梁的影响，在柔性梁的纵向、横向变形位移中均考虑横向弯曲以及轴向伸缩的耦合作用，从非线性应变-变形位移的原理出发，说明增加耦合变最后，剪应变为零，由此得出的变形模式更符合工程实际和简化需要。并采用有限元离散，通过Lagrange方程导出系统的动力学方程。最后对一带有中心体的柔性梁，在大范围运动为自由和大范围运动为已知两种情况下进行仿真计算，结果表明，在结构有初始变形的情况下，仅在纵向变形中计及变形二次耦合量的一次动力学模型，与考虑完全几何非线性变形的文中模型具有一定的差异。     

液压柔性机械臂的动力学建模及鲁棒控制研究

将柔性机械臂视为Euler Bernoulli梁模型 ,其动力学特性以假设模态法描述 ,并充分考虑柔性臂与液压驱动系统 (液压回路、液压缸和液压伺服阀 )的动力耦合作用 ,推导出液压柔性机械臂的动力学方程。在此基础上 ,提出同时控制刚体运动及弹性振动的鲁棒控制器设计方法。数字仿真结果表明了控制器的镇定性和鲁棒性     

带有反馈控制的柔性机械臂动态研究与振动控制

带有反馈控制的柔性机械臂关节处边界条件不同于振动控制理论中的铰支梁或悬臂梁边界条件,为此,将其视为弹簧铰支,建立柔性机械臂动力学模型,并基于柔性臂的部分状态转速、转角及柔性梁应变的反馈,结合柔性臂机电耦合特性,得到了以柔性臂末端点转角θt为输出,以柔性臂给定转角θd为输入的传递函数.由频域的二次型目标函数,求得柔性臂应变反馈增益.一系列的试验结果证明理论分析的正确性.     

机械臂操作受限柔性负载的动力学建模及仿真

针对机械臂操作受作业环境约束柔性负载,约束力、负载变形不易控制等问题,基于变形旋量理论,结合拉格朗日方程建立了机械臂操作受限柔性负载系统的动力学模型。首先,将系统分解为刚性机械臂与柔性负载两个子系统,分别建立了其动力学方程。然后,根据柔性负载与环境约束力及机械臂末端执行器的约束关系,推导了系统的运动方程。在给定机械臂的运行状态及环境约束力或给定机械臂各关节驱动力矩及负载末端的期望轨迹的情况下,分别推导了系统的逆动力学模型与正动力学模型。最后,通过三自由度(DOF)机械臂操作受限柔性梁进行了仿真,验证了该方法的有效性,并对系统的动力学特性进行了分析。     

非线性变形的平面柔性梁在非惯性系下的动力学分析

针对大范围运动已知的平面柔性梁结构建立了动力学方程。经过分析,提出了非线性精确模型,采用有限元方法对梁结构进行离散,利用Lagrange方法建立了系统的精确动力学方程。与原有一次耦合模型相比,该模型中各项矩阵新增了两类耦合项:基点速度和角速度耦合项和变形耦合项。通过仿真计算,比较其动力学特性与零次、一次耦合模型的差异,确定各种耦合项的作用,并进行了定性分析。     

计及非线性变形的空间自由旋转梁有限元模型

根据柔性梁的几何非线性变形理论,针对大范围运动的空间柔性梁,在考虑了弯曲和扭转的非线性因素对3个变形方向的影响的基础上,利用有限元方法进行离散,得到了较为精确的变形模式。利用Lagrange方程建立了非线性变形模式下的动力学方程,该方程包含了较为完全的刚度矩阵和各种耦合项。对一带有扭转弹簧的中心体-空间柔性梁结构进行仿真计算,说明变形耦合在横向变形中的作用不可忽视。     

自由浮动柔性双臂空间机器人系统动力学建模与抑振控制

柔性多臂空间机器人是一个高度非线性、强耦合的动力学系统。本文基于假设模态法、La-grange方程和动量守恒原理,推导了一种自由浮动柔性双臂空间机器人协调操作刚性负载闭链系统的动力学模型。针对空间柔性机械臂的弹性形变和振动问题,设计了线性二次型最优控制方法对其进行振动主动控制,并通过仿真实验验证了该方法的有效性。     

考虑附加质量的中心刚体-柔性悬臂梁系统的动力特性研究

对考虑附加质量的中心刚体-柔性悬臂梁系统的动力特性进行研究.首先采用Hamilton原理和有限元离散化方法,在计入柔性梁由于横向变形而引起的轴向变形的二阶耦合量的条件下,给出该系统的刚柔耦合动力学方程(即一次近似耦合模型),以及相应的非惯性系下的动力学模型,然后通过数值仿真对系统的动力特性进行研究.仿真结果显示,即使是小的附加质量也会对系统动力特性产生重要影响,附加质量使得梁的响应幅值变大和响应频率降低,且会影响柔性梁和中心刚体的终点位置.附加质量的影响随系统大范围运动的角速度的增大而变大.当系统大范围运动为低速时,传统的混合坐标模型仍然会导致较大误差;当系统大范围运动为高速时,传统的混合坐标模型存在失效的可能.     

柔性机械系统动力学的变形耦合方法

采用弹性广义坐标耦合形式描述柔性构件的变形场 ,引入非线性位移 -应变关系确定新的形函数 ,使柔性体广义变形坐标 -应变成为线性关系 ,采用这种线性形式描述柔性体的应变能。将含变形广义坐标二阶项保留到求出偏 (角 )速度后再线性化 ,根据Kane方程建立了基于小变形的柔性机械系统动力学一致线性化模型。对含柔性梁的急回机构动力学进行了仿真研究。仿真结果表明曲柄在一些特定转速下 ,柔性梁出现失稳 ;在某些转速时 ,柔性梁动响应具有拍频特征。     

OPTIMAL CONTROL OF THE FLEXI- BLE LINK MANIPULATOR WITH CONTROLLABLE LOCAL DEGREES OF FREEDOM

Although flexible manipulators own many potential advantages, one of their major disadvantages is the deterioration of the end-effector accuracy due to the flexibility. Therefore, how to reduce vibration is a significant problem. Inspired by the observation on the motion behaviors of animals, a new idea of decreasing motion deflection of the flexible manipulator is suggested. The concept of controllable local degrees of freedom is proposed and analyzed. By way of optimizing local motion provided by the controllable local degrees of freedom, the end-effector deflection of the flexible manipulator can be effectively decreased through dynamic coupling. The corresponding optimal method for vibration control of the flexible manipulator is put forward. The kinematic simulation is carried ant on a three-link flexible manipulator The corresponding results verify the feasibility of this method.     

COUPLING EFFECT OF FLEXIBLE JOINT AND FLEXIBLE LINK ON DYNAMIC SINGULARITY OF FLEXIBLE MANIPULATOR

The coupling effect of the flexible joint and the flexible link on the dynamic singularity of the flexible manipulator is addressed. Firstly, the dynamic equations of a flexible manipulator with a flexible joint and a flexible link are derived. Secondly, the relationship and property between the flexible joint and the flexible link are analyzed. It shows that the flexible joint＇s amplitude will increase abruptly, thereby the dynamic singularity occurs if the frequency of a flexible joint is near or equal to some natural frequency of a flexible link. Finally, some numerical simulations which will verify the correctness of the theoretical analysis, are carded out. The results are fundamental for the design of a flexible manipulator and for the avoidance of the dynamic singularity.     

柔性机械臂接触碰撞问题的研究

分析了柔性机械臂在碰撞前、碰撞阶段以及碰撞后的动力学特性，在子结构离散的柔性多体系统动力学的基础上，导出了描述这三个不同阶段的动力学方程。从运动的连续性获得各阶段的初始条件，通过仿真计算可确定碰撞开始和结束的时刻，并求得撞击力和机械臂抓手位移的时间历程     

机器人柔性臂动力学建模的D-Holzer法

从改进柔性臂的模化原则出发,提出了多连杆复杂的柔性臂系统动力学建模的更为一般化的简单有效的D-Holzer法。用该法推导了两连杆柔性臂系统的动力学模型,并进行了动力学仿真。     

2R欠驱动平面柔性机械臂的位置控制策略与试验研究

针对同时具有被动关节和柔性杆的欠驱动平面机械臂,提出一种简单易行的分段位置控制策略。以2R欠驱动平面柔性机械臂为研究对象,建立机械臂的假设模态动力学模型,分析系统的动力学耦合特性与可控性。通过被动关节处制动器的开闭切换,研究平面柔性机械臂的分段位置控制策略,采用PID方法分别设计各阶段主动、被动关节的控制算法。最后,基于自行开发的欠驱动平面机械臂的试验平台及实时控制系统,完成了2R欠驱动平面柔性机械臂位置控制的试验研究。仿真和试验结果表明,主动关节和被动关节在各阶段都能很好地跟踪目标值,进而实现机械臂的操作任务,验证了所提控制方法的可行性和有效性,以及欠驱动柔性机械臂动力学模型的正确性。     

谐波驱动柔性臂系统耦合动力学建模及辨识

为研究谐波驱动的柔性臂系统耦合动力学建模问题,分别进行了谐波驱动模型的参数辨识和柔性机械臂振动特性的耦合动力学模型辨识。通过阶跃电流激励和低匀速转动实验辨识出了关节的库伦摩擦力,在伪随机二进制信号的激励下,辨识得到了包含驱动系统转动惯量和黏性摩擦因数的驱动传递函数模型,将其与实际结构系统比较验证了此模型的准确性。理论分析了振动耦合力矩和柔性臂应变输出电压之间的线性关系,辨识得到了从电机转动角位移到柔性臂应变电压输出之间的传递函数,其输出在时域和频域上都与实际系统比较吻合,说明了建立的传递函数模型对于实际系统的适用性。综合两个辨识得到传递函数模型,实现了对谐波驱动的柔性机械臂系统的耦合动力学建模。     

柔性机器人动力奇异问题的研究

对柔性机器人的动力奇异问题进行了研究。首先分析了柔性机器人产生动力奇异的原因,确定了激振力的方向、激振力的大小、阻尼的大小、在共振区间内激振力频率与机器人固有频率的相对变化速度以及机器人固有频率的大小是影响动力奇异的因素;然后提出了机器人动力奇异的判定依据和避免动力奇异的措施;最后以一末杆为柔杆的空间三杆机器人为例,验证了理论分析的正确性。