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基于压电陶瓷的柔性机械臂抑振策略的研究

薛彬  
【摘要】:柔性机构因其轻质,高效等优点被广泛应用于机器人领域。但柔性机构易产生弹性振动,使机器人的定位精度降低。采用合适的控制策略可有效抑制柔性机构的振动。柔性机构的振动控制可分为被动控制和主动控制,其中基于压电陶瓷(PZT)材料的主动控制相比于被动控制具有机构简单,压电转换效率高等优点。本文基于欧拉伯努利梁理论,以悬臂梁结构代替单自由度柔性机器人,对由悬臂梁,PZT传感器及PZT驱动器构成的振动控制系统进行研究。首先,基于弹性力学理论构建了主动控制系统的动力学模型,基于理论模型对PZT材料的数量和位置进行优化,并获得了传感电压与驱动电压的传递函数,设计了具有多种控制方案的振动控制器。然后,在COMSOL中对柔性臂在不同频率下的振动控制仿真。最后,基于NI虚拟仪器搭建了实验平台,对柔性臂振动控制前后的传感电压进行测试。根据实验及仿真结果的分析可知,在不同的控制方案下,基于PZT材料的主动控制方法适用于柔性臂在谐振频率,非谐振频率以及随机振动下的振动抑制。且柔性臂的振动最高可达到82.65%与80.72%的抑制。此课题的研究对柔性臂在不同频率下振动控制的问题提供了一种解决方案。


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