基于解耦的柔性关节机械臂振动抑制方法研究

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1、基于解耦的柔性尖节机械臂振动抑制方法研究*戎新萍，张得礼*，王小平(南京航空航天大学机电学院，江苏南京210016)摘要：针对多自由度柔性尖节机器人手臂残余振动抑制问题，对双杆机械臂尖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尖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，分析了尖节间存在的相互作用力及矢节间的相互耦合对机械劈振动抑制的影响。利用模糊补偿控制方法对二自由度柔性尖节机械鹭进行了模糊解耦，并在解耦的基础上引入零振荡整形器(ZV整形器)对解耦后的各个单尖节进行进一步控制，以抑制各臂杆由于

2、尖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尖节运动加以优化，使得机械臂的残余振动得到了有效的抑制。尖键词：机械臂；解耦控制；模糊控制；振动抑制；输入整形中图分类号:TH1131;TP242文献标志码：A文章编号:1001-4551(2015)01-0014-07Vibrationsuppressioncontrolformanipulatorwithflexiblejoi

3、ntsbasedondecouplingRONGXin-ping,ZHANGDeTi,WANGXiao-ping(CollegeofMechanicalandElectricalEngineering,NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics,Nanjing210016,China)Abstract：Aimingattheproblemofresidualvibrationsuppressionofmulti-degreeoffreedomrobotarmwithflexiblejo

4、ints,thecouplingbetweenjointsandvibrationsuppressionoftwoTinkmechanicalarmwerestudiedThevibrationsuppressioncontrolalgorithmforflexiblejoint,basedondecouplingwasproposedFirstofall.thedynamicmodelofthewholesystemwasestablishedbytakingadvantageoftheLagrangemethodThen,th

5、einteractionbetweenjointsandthevibrationsuppressionofmechanicalarmaffectedbythemutualcouplingbetweenthejointswereanalyzedSecend,thecouplingbetweentheflexiblejointsofthemultipledegreesoffreedommanipulatorwaseliminatedbymakingtheuseoffuzzycontrolmethodTosuppresstheresid

6、ualvibrationofthearmduetothelackofrigidityofjoints,thezerovibrationshaper(ZVshaper)wasintroducedonthebasisofdecouplingtomakefurthercontrolofsinglejointafterdecouplingAtlast,theeffectivenessofthealgorithmwasverifiedthroughanumericalexampleTheresultsindicatethatafteraddi

7、ngthedecouplinglinks,mutualinterferencesofthetworodsaredecreasedobviouslyandthecouplingdegreeisreduced,whichmakeeachrodbecomeapproximatelinearsystem,andeachjointisoptimizedthroughthezerovibrationshapertomakethevibrationofmechanicalarmhavebeeneffectivelysuppressedKeywor

8、ds：robotarm;decouplingcontrol；fuzzycontrol；vibrationsuppression：inputshape收稿日期:2014-09-15基金项目：江苏省产学研联合创新资助项目(SBY20140