基于输入整形技术的机器人柔性机械臂振动抑制研究

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1、分类号TM273学校代码10590UDC621密级公开深圳大学硕士学位论文基于输入整形技术的机器人柔性机械臂振动抑制研究学位申请人姓名邓辉专业名称控制科学与工程学院（系、所）机电与控制工程学院指导教师姓名周受钦教授级高工原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文基于输入整形技术的机器人柔性机械臂振动抑制研究是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名：日期：年月日基于输入整形

2、技术的机器人柔性机械臂振动抑制研究摘要机器人柔性机械臂具有质量轻、成本低、结构设计紧凑等优点，被广泛用于航天器、机器人等柔性结构体，在先进制造领域极具发展前景。机器人柔性机械臂在运行过程中会出现残留振动现象，严重影响机器人柔性机械臂的响应效率和控制精度，增加机器人柔性机械臂系统结构设计的复杂性。输入整形器是一种开环控制器，仅需要对输入指令进行整形即可消除系统的残留振动，具有结构简单、容易实现等优点。为了抑制机器人柔性机械臂在运行过程中出现的残留振动并提高其效率和精度，本文深入研究基于输入整形技术的机器人柔性机械臂振动抑制。本文构建了机器人柔性机械臂的机械结构及振动抑

3、制系统，阐述了机器人柔性机械臂的运动机理。基于Lagrange动力学方程和假设模态法推算了机器人柔性机械臂的动力学模型，并从模态截断、非线性和结构参数等三个方面进行了机器人柔性机械臂的动力学特性分析。依据输入整形技术获得了机器人柔性机械臂的典型输入整形器的表达式，并对其进行了鲁棒性分析。采用MATLAB软件搭建了机器人柔性机械臂仿真模型，对该模型进行了仿真研究。基于某公司提供的机器人柔性机械臂样机，构建了机器人柔性机械臂的残留振动抑制开放式实验平台，并在VC++6.0环境下对其进行了实验研究。研究表明：1)基于模态截断和非线性分析，验证了推算的机器人柔性机械臂动力学简

4、化模型的正确性；2)柔性机械臂的构造参数是其振动的关键要素；3)在相同的速度和负载条件下，EI输入整形器的抗干扰性优于ZV输入整形器和ZVD输入整形器；4)在相同的输入整形器和负载条件下，柔性机械臂振动随着运动速度增大而增大；5)在相同的输入整形器和速度下，柔性机械臂振动随着负载的增大而增大；6)设计的输入整形器实现了机器人柔性机械臂的振动抑制。本文对机器人柔性机械臂振动抑制的研究为航天器、机器人等柔性结构体的最优构造设计和振动抑制提供了理论参考。关键词：机器人柔性机械臂；振动抑制；输入整形；运动控制本文受深圳市南山区技术研发和创意设计项目“多轴伺服高性能驱控一体化

5、控制器关键技术研发”资助，项目编号：KC2014JSJS0025A。IResearchonVibrationSuppressionfortheFlexibleManipulatorofRobotUsingInputShapingTechniqueAbstractFlexibleManipulatorofRobots(FMRs)hasmanyadvantagessuchaslightweight,lowcost,andcompactstructure,etc.Itiswidelyusedinspacecraft,robotflexiblestructures,which

6、hasagoodpromisinginthefieldofadvancedmanufacturing.Itemergestheresidualvibrationphenomenoninoperationprocess,whichhasaseriousinfluenceonitsefficiencyandprecisionofcontrol,andaddstothedesignsystemcomplexityofstructureforFMR.Inputshaperisanopencontroller,whichcaneliminatethevibrationjustt

7、hroughshapingtheinputcommand.Itisclearthatithassomeadvantages,includingsimplestructure,easierimplementandsoon.InordertopreventtheresidualvibrationofFMRintheoperationprocessandimproveitscontrolprecision,soamethodusinginputshapingtechnologytosuppresstheresidualvibrationoftheFMRis