柔性臂机器人控制关键技术的研究进展

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1、第31卷第1期机械设计与研究Vol．31No．12015年2月MachineDesignandＲesearchFEB．，2015文章编号:1006-2343(2015)01-022-05柔性臂机器人控制关键技术的研究进展1，21，21，2陈宵燕，张秋菊，孙沂琳(1．江南大学机械工程学院，江苏无锡214122，E-mail:15261596656@163．com;2．江苏省食品先进制造装备与技术重点实验室，江苏无锡214122)摘要:满足高速、轻质要求的柔性臂机器人是近年来的研究热点。根据结构特征将柔性臂机器人分成三种类型:柔性杆件机器人、柔性关节机器人及综合柔性杆件和柔

2、性关节特点的混合柔性机器人。围绕近年来这三类机器人在动力学建模和控制策略上的进展及研究成果，对柔性臂机器人控制的关键技术进行了概括和阐述。关键词:柔性臂机器人;动力学建模;控制策略中图分类号:TP24文献标识码:ADOI:10.13952/j.cnki.jofmdr.2015.0006ＲesearchProgressontheKeyControlTechniquesofFlexibleManipulatorsChenXiaoyan，ZhangQiuju，SunYilin(1．SchoolofMechanicalEngineering，JiangnanUniversity

3、，Wuxi，Jiangsu214122，China;2．JiangsuKeyLaboratoryofAdvancedFoodManufacturingEquipmentandTechnology，Wuxi，Jiangsu2140122，China)Abstract:High-speed，lightweightflexiblemanipulatorshavebeenaresearchhotspotinrecentyears．Basedonthestructuralcharacteristics，theflexiblemanipulatorscanbedividedinto

4、threetypes:flexiblelinksrobot，flexiblejointrobot，mixedflexiblerobotwhichintegratedthefeaturesoftheprevioustwotypes．Aroundtheresearchprogressondynamicmodelingandcontrolstrategyforthethreetypesofrobotsinrecentyears，thispaperpresentsasummaryofthekeycontroltechniquesofflexiblemanipulators．Ke

5、ywords:flexiblemanipulators;dynamicsmodeling;controlstrategy近些年来，随着机器人技术的快速发展，在对机器人的关这三类柔性臂机器人的控制关键技术研究进展进行综述。应用需求越来越大的同时，对机器人的性能及精度要求也越1柔性臂机器人控制难点来越高。传统工业机器人存在基座笨重、臂杆较短、功耗高、柔性臂机器人的柔性表现为两种形式:杆件柔性形式和操作空间有限、较低负重比、灵活性差等缺点，已经难以满足关节柔性形式。连杆柔性由杆件的扭曲、拉伸和弯曲引起，［1］高精密产品生产和现代化企业的自动化需求。相对于传表现为扭转和弯曲振动

6、，后者对于负载较大的机械臂精度影统的刚性机器人，精密、质轻的柔性臂机器人在降低成本和响尤为严重;关节柔性主要由传动系统中的减速器、转动轴、能源的同时，实现了机器人运动速度高、结构设计紧凑、工作［4］传动齿轮、同步带等引起，其中最为典型的是减速器，这种空间大、负载自重比大的目标。目前尚未有对柔性臂机器人关节柔性能起到碰撞缓冲作用，但同时也带来了振动。明确的定义，一般将存在结构柔性且能满足高速、轻质要求柔性臂机器人系统是一类具有不确定参数、刚柔耦合、［2］的机器人称作柔性臂机器人。柔性臂机器人的应用领域［5］非线性无限维的系统。以3杆柔性杆件机器人为例，若只广泛，尤其在航空

7、航天和制造业领域，例如轻质大跨度的空考虑其弯曲变形，建模时可将柔性杆简化为Euler-Bernoulli间机械臂、航天器中的可展天线及太阳能帆板、高速高精度［6］梁，如图1所示。的装配机器人、高速激光切割机器人等。对柔性臂机器人的研究，已是当今机器人领域的研究热［3］点，柔性臂机器人的控制问题尤其受到关注。本文根据结构特征将柔性臂机器人分成三种类型:柔性杆件机器人、柔性关节机器人及综合柔性杆件和柔性关节特点的混合柔性机器人。首先分析柔性臂机器人控制难点，再针对近年来有收稿日期:2014－06－03基金项目:教育部中央高校基本科研业务专项基