一种柔性机械臂旋转运动和振动的主动控制方法

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1、2012年4月机械科学与技术April2012第31卷第4期MechanicalScienceandTechnologyforAerospaceEngineeringVol．31No．4一种柔性机械臂旋转运动和振动的主动控制方法1122韩清鹏，于晓光，唐玲，高培鑫1(辽宁科技大学机械工程与自动化学院，鞍山114051;2韩清鹏东北大学机械工程与自动化学院，沈阳110004)摘要:利用PZT压电作动器和关节力矩控制相结合的方法实现对柔性机械臂旋转运动的控制和机械臂振动的主动控制。压电作动器可以对柔性机械臂的弹性振动进行控制，关节控制力矩使得柔性机械臂在有限时间内到达预定位置。利用Lagra

2、nge原理建立了柔性机械臂系统的动力学模型，并设计了相应的PZT压电作动器的控制律和关节控制力矩。对该控制方法进行数值仿真的结果证明:该方法对柔性机械臂振动控制和机械臂旋转运动是有效的。关键词:柔性机械臂;关节力矩控制;PZT压电作动器;振动控制中图分类号:O313.1文献标识码:A文章编号:1003-8728(2012)04-0685-04AnActiveControlMethodforVibrationandRotaryMotionofFlexibleManipulator1122HanQingpeng，YuXiaoguang，TangLing，GaoPeixin1(Collegeo

3、fMechanicalEngineering，LiaoningScienceandTechnologyUniversity，Anshan114051;2SchoolofMechanicalEngineeringandAutomation，NortheasternUniversity，Shenyang110004)Abstract:ThePZTmaterialwasselectedinthispapertocontrolthevibrationofflexiblemanipulator．TheinversepiezoelectriceffectsofthePZTmaterialandthe

4、principleofsuppressingvibrationwereintroduced．PZTactuatorsandjointcontroltorquewererespectivelyusedtocontrolvibrationandrotarymotionofflexiblemanipulator．Theflexiblemanipulatorwascontrolledtoachievethedesiredpositioninlimitedtimebyjointcontroltorqueandmanipulator'svi-brationwasactivelycontrolledb

5、yPZTactuatorsduringmotion．Thedynamicequationsofflexiblemanipulatorsystemwereestablished．PZTactuatorscontrolstrategyandjointcontroltorqueweredesigned．Thenumericalsimulationre-sultsprovedthemethodofthedesignedPZTactuatorcontrolstrategyandjointcontroltorquewaseffective．Keywords:flexiblemanipulator;j

6、ointtorquecontrol;PZTactuators;vibrationcontrol［2～4］柔性机械臂具有操作速度快、能量消耗少、构件控制等方法。利用压电陶瓷、形状记忆合金等紧凑、载荷质量比大等优点，在现代工业中得到广泛智能材料结构可以实现机械结构振动的主动控［5～8］的应用。但是，由于其高速运动时刚体运动与和弹制。本文中针对柔性机械臂旋转运动过程中出性变形相互耦合，容易产生高频振动，且其末端运动现的机械臂振动问题，提出将机械臂关节控制力矩往往偏离较大，直接影响系统的稳定与控制精度。和PZT压电作动器控制律进行综合设计，其中关节例如，加工机械臂在高速运行时，其定位精度会受到控

7、制力矩保证柔性机械臂旋转运动在有限时间内到［1］机械臂小变形弹性振动的严重影响。达预定位置，PZT压电作动器用于对柔性机械臂的目前，柔性机械臂的振动控制策略主要有PD弹性振动进行控制，并进行相应的数值仿真研究。控制、最优控制、变结构控制、自适应控制以及智能1带压电作动器的柔性机械臂振动的主动控制收稿日期:2010-12-22基金项目:国家自然科学基金项目(10972192)资助原理作者简介:韩清鹏(1973－)，讲师，博士，研究方向