基于模糊控制的2R柔性臂压电陶瓷抑振跟踪实验研究

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1、摘要柔性机器人由于具有提高运行速度、增加持重比、降低功耗、提高精度，进而改善系统结构和整体性能等诸多优点，自上世纪70年代以来，逐渐成为研究的前沿和热点。但杆件柔性化的同时也带来了弹性振动问题，这极大影响了柔性机器人的正常使用，甚至导致系统失稳，因此研究柔性杆件的抑振是非常必要，也是非常有意义的。本文在分析了柔性机械臂振动抑制的主要方法和国内在柔性机械臂抑振领域的研究成果的基础上，以2R柔性机械臂为研究对象，以应变片为传感器，光电编码器为电机位置传感器，压电陶瓷为抑振作动器，伺服电机为机械臂驱动装置，搭建了2R柔性机械臂跟踪抑振实验平台，并开展了基于模糊控制的2R

2、柔性机器臂主动抑振和跟踪实验研究。本文的具体内容如下：首先，采用假设模态法对单臂2R柔性机器人进行动力学建模与仿真，为后面的实验研究进行理论准备，并利用模糊与PID控制技术，设计了模糊控制器和PID控制器。．其次，用VisualC++编写了具有图形显示、目标路径规划、电机闭环控制计算、压电驱动电压计算、接口数据传输、数据记录及保存等功能的实验控制软件，其中电机闭环驱动计算，压电陶瓷驱动电压模糊运算是整个控制软件的核心所在，并搭建了实验的硬件系统。最后，通过搭建的实验装置，采用模糊控制方法抑制柔性臂的弹性振动，同时采用PID算法对机械臂分别进行关节跟踪和末端跟踪，实

3、现了2R柔性臂无负载关节跟踪抑振，有负载关节跟踪抑振，无负载末端跟踪抑振和有负载末端跟踪抑振等实验，验证了用于抑振的模糊控制器和用于跟踪的PID控制器的有效性，揭示机械臂跟踪过程中压电陶瓷主动抑振效果和抑振对柔性臂跟踪特性的影响。实验数据显示基于模糊控制的压电陶瓷主动抑振能大幅度减小柔性臂弹性振动，抑振后柔性臂跟踪效果有相当提高，驱动特性也明显改善。关键词柔性机械臂；压电陶瓷；抑振：模糊控制；跟踪Abstract■曼．m——一m。,,aaLu皇量罾曼曼量詈曼量曼曼喜曼舅曼曼曼皇量皇曼詈量罾量喜■ABSTRACTComparedwithtraditionalrigi

4、drobot，theflexiblerobothasalotofadvantagessuchashi曲speed，hi曲carriageratio，lowpowerconsumptionandhi曲precision，SOastoimprovethesystems缸1lctllIeandtheoverallperformance．Ithasgraduallybecometheresearchfrontiersince1970s．However，theelasticvibrationmustbeconsideredwhenthelinkiSmadeflexible，

5、astheexistenceofvibrationhasagreatimpactonthenormaluseofflexiblerobot，andsometimesevenleadstoinstabilityofthesystem，resultinginterribleaccidents．Soit’Sverynecessaryandmeaningfultocarryouttheresearchofvibrationsuppressionofflexiblelinks．ARerthevibrationsuppressionmethodsforflexiblealms

6、aresummarizedandthemainresearchresultsinhomeandabroadarcdescribed，a2Rflexiblerobotsystemisputintoresearch，inwhichpiecesofstraingaugeareusedassensorsandopticalencodersasthemotorpositionsensors．Onthetrackingandvibrationsuppressionexperimentplatform，PZTplaysthekeypartastheactuatortosuppr

7、esstheelasticvibration，andtheservomotorsarechosentodrivetherobotarms．ThenfourtrackingexperimentsbasedonfuzzycontrolbyPZTtoactivelysuppressthevibrationoftheflexiblemanipulatorarecarriedout．Thecontentofthispaperisasfollows：Firstly，thedynamicsmodelingof2Rflexiblerobotsystemisbuiltwithass

8、umedm