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单连杆柔性机械臂减振方法研究

任豪  
【摘要】:本论文以单连杆变截面柔性机械臂为研究对象,通过对输入整形控制方法的原理进行研究,提出了一种基于柔性机械臂运动参数配置的振动抑制新方法。将柔性机械臂的运行速度状态分为加减速和匀速状态,合理的配置其运动参数,使柔性机械臂的运动加速度及速度值满足加减速段的运行时间t约等于机械臂固有振动周期T的正整数倍,即可实现柔性机械臂系统残余振动的抑制,主要内容如下:首先,基于信号与系统的理论知识对本文的减振方法进行机理分析,通过对输入整形理论的研究扩展到无阻尼系统减振机理的研究,再将该机理方法运用于实际有阻尼系统中验证该研究方法的可行性。然后,根据柔性机械臂的物理特性将其假设为Euler-Bernoulli梁,基于微元的思想对变截面柔性机械臂进行分段研究,得到其振型函数。通过理论力学的相关理论知识对柔性机械臂系统进行动力学建模,获得机械臂系统的动力学方程,并利用振动力学相关理论转换成状态空间方程的表达形式,进而得到一个输入信号为角加速度和输出信号为机械臂末端弹性振动位移的传递函数。其次,利用Simulink仿真软件建立仿真系统模型,并利用此仿真模型分别对镀锌薄钢板和航空铝材材料的柔性机械臂进行仿真及结果分析。当配置其运动角加速度及角速度值使加减速段的运动时间t约等于机械臂固有振动周期T的正整数倍,基于镀锌薄钢板材料的柔性机械臂系统残余振动平均抑制百分比可达92.49%,航空铝材的残余振动平均抑制百分比为96.3%。结果表明该方法具有很好的抑振效果,随着速度和加速度的提高导致机械臂变形程度增加,其抑振效果也稍有减弱。最后,利用柔性机械臂实验平台对本论文的减振控制方法进行实验研究,得到柔性机械臂系统的特性参数,分别对镀锌薄钢板和航空铝材材料的柔性机械臂各阶段运动轨迹进行参数对比实验,并依据实验数据利用软件进行参数的曲线绘制及结果的综合对比。当配置其运动角加速度及角速度值使加减速段的运动时间t约等于机械臂固有振动周期T的正整数倍,可实现对系统残余振动的抑制,基于镀锌薄钢板材料的柔性机械臂残余振动平均抑制百分比为92.05%,航空铝材的残余振动平均抑制百分比为92.45%。实验结果表明该减振方法可以有效的消除柔性机械臂运动过程中的残余振动。


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