《《柔性機(jī)械臂綜述》PPT課件.ppt》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《《柔性機(jī)械臂綜述》PPT課件.ppt（18頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、工作匯報(bào),,柔性機(jī)械臂的的優(yōu)點(diǎn),柔性機(jī)械臂具有的優(yōu)點(diǎn): (1)用料少 (2)重量輕 (3)耗能低 缺點(diǎn)： 彈性變形 因此 ,在保持上述優(yōu)點(diǎn)的前提下 ,必須開展對柔性機(jī)械臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及控制方法的研究。,典型的柔性機(jī)械臂示例,柔性機(jī)械臂的工業(yè)應(yīng)用,Aerospace dual-arm flexible manipulator,單桿柔性機(jī)械臂的建模,1 模型的抽象化與基本假定 2 基本方程的建立 2.1 坐標(biāo)系 2.2 運(yùn)動(dòng)分析 桿L上任一點(diǎn)（x,y）的位置矢量： O坐標(biāo)系轉(zhuǎn)動(dòng)的角度： 點(diǎn)（x,y）相對于O系的速度： 點(diǎn)（x,y）的絕對速度：,所以： 2.3 動(dòng)能和勢能的計(jì)
2、算 : 2.4 動(dòng)力學(xué)方程 利用Hamilton原理，即： 其中 整理后可得到運(yùn)動(dòng)微分方程： （A） （B）,,3 用假設(shè)模態(tài)法對分布參數(shù)系統(tǒng)進(jìn)行離散化 令： 代入（A），（B）式中，得： 進(jìn)一步整理得常微分方程組：,,,4 用有限元法求彈性桿的模態(tài) 首先建立泛函： 為使泛函取最小，須有 得： 求解固有頻率 和振形函數(shù)X（x）。,方法： 在區(qū)間xi,xi+1中，X用Hermite插值多項(xiàng)式表示為： （E
3、） 把E,F式代入I=0中，有,5 常微分方程組的求解 為了方便編程上位機(jī)計(jì)算，方程組（C）（D）可用矩陣表示為： 本方法可以推廣到多桿柔性系統(tǒng)。,柔性機(jī)器人動(dòng)力學(xué)分析,主要任務(wù)： ?；嵝泽w的相對變形 需要解決如下幾個(gè)重要問題: (1)變形的描述; (2)變形場的離散化; (3)建模方法; (4)近似分析。 (1)變形的描述 根據(jù)選擇參照系的不同 ,一般可分為： 相對坐標(biāo)描述 絕對坐標(biāo)描述,相對坐標(biāo)描述適合于 開鏈機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)分析 ,也可借 助運(yùn)動(dòng)約束方程而應(yīng)用于閉鏈 機(jī)構(gòu)。這種方法有利于小應(yīng)變 構(gòu)件的離散化與線性化,該方法特別適用于 大變形的幾何非線性問題。 優(yōu)
4、點(diǎn)：相對簡單的動(dòng)力學(xué)方程 , 缺點(diǎn)：大大增加了廣義坐標(biāo)的數(shù)目 ,,(2)變形場的離散化 常見的離散化方法包括： 有限元法 有限段法 集中質(zhì)量法 假設(shè)模態(tài)法,有限段法容易 計(jì)入幾何非線性的影響 , 比較適合于含細(xì)長構(gòu)件 的柔性機(jī)器人系統(tǒng) ,理論 推導(dǎo)程式化 。,該方法條理清晰 ,適用于構(gòu)件形 狀比較復(fù)雜的柔性機(jī)械系統(tǒng)。,模態(tài)函數(shù)的選取通常有兩種方法 ： 約束模態(tài)法與非約束模態(tài)法。 假設(shè)模態(tài)法建立的動(dòng)力學(xué)方程規(guī)模較小 , 便于提高計(jì)算效率 ,在仿真與實(shí)時(shí)控制 方面具有一定的優(yōu)勢 ,但在描述復(fù)雜結(jié) 構(gòu)的振動(dòng)模態(tài)時(shí)常會(huì)遇到較大困難。,(3)建模方法 柔性機(jī)器人動(dòng)力學(xué)建模方法主要
5、有兩類 ： 矢量力學(xué)方法 分析力學(xué)方法 早期的研究以 Newton - Euler法為主 ,此外Lagrange方程、 Hamilton 原理和 Kane 方程等在柔性機(jī)器人動(dòng)力學(xué)分析中也都得到了比較廣泛的應(yīng)用。 (4)近似分析 柔性機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)是大范圍剛體運(yùn)動(dòng)與彈性變形。包括： 運(yùn)動(dòng)彈性靜力分析 運(yùn)動(dòng)彈性動(dòng)力分析方法 KED 方法：忽略了彈性振動(dòng)對大范圍剛體運(yùn)動(dòng)的影響,優(yōu)點(diǎn)：易于形成遞推形式的動(dòng)力學(xué)方程 缺點(diǎn)：方程中出現(xiàn)了相鄰體間的內(nèi)力項(xiàng),Lagrange方程和 Hamilton 原理避免相鄰體間內(nèi)力項(xiàng) , 其優(yōu)點(diǎn)是可結(jié)合控制系統(tǒng)進(jìn)行綜合分析 ,便于動(dòng)力 學(xué)模型向控制模
6、型的轉(zhuǎn)化。,Kane 方程其特點(diǎn)是形式簡潔 ,不必 考慮相鄰體間的內(nèi)力項(xiàng) ,可實(shí)現(xiàn)動(dòng)力 學(xué)方程的計(jì)算機(jī)符號推導(dǎo)。,傳統(tǒng)的近似分析方法源于機(jī)械振動(dòng)理論,柔性機(jī)器人振動(dòng)控制,(1)剛性化處理 (2)前饋補(bǔ)償法 (3)加速度反饋控制 (4)被動(dòng)阻尼控制 (5)力反饋控制法 (6)自適應(yīng)控制,采用阻尼減振器、阻尼材料、復(fù)合型阻尼金 屬板、阻尼合金或用粘彈性大阻尼材料形成 附加阻尼結(jié)構(gòu),將系統(tǒng)劃分成關(guān) 節(jié)子系統(tǒng)和柔性子系統(tǒng) 利用參數(shù)線性化的 方法設(shè)計(jì)自適應(yīng)控制規(guī)則來辨識柔 性機(jī)械臂的不確定性參數(shù) 。,(7)PID控制：常通過調(diào)整控制器增益構(gòu)成自校正控制器或與其它控制方法結(jié)合構(gòu)成復(fù)合控制系統(tǒng)以改
7、善控制器性能 。 (8)變結(jié)構(gòu)控制 (9)模糊與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 (10)非線性反饋控制 (11)魯棒控制,變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)是一種不連續(xù)的反饋控制系 統(tǒng) ,其中滑?？刂剖亲钇毡榈淖兘Y(jié)構(gòu)控制,主要特點(diǎn)之一是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 并不需要通常意義上的被控對象的數(shù)學(xué)模型 ,而是 需要操作者或?qū)＜业慕?jīng)驗(yàn)知識 ,操作數(shù)據(jù)等。,關(guān)節(jié)作動(dòng)系統(tǒng)控制規(guī)律設(shè)計(jì),關(guān)節(jié)作動(dòng)系統(tǒng)控制是柔性機(jī)器人減振的主要途徑。 這方面的研究主要包括：,開環(huán)控制,基于非線性系統(tǒng)的閉環(huán)控制,基于線性系統(tǒng)的閉環(huán)控制,,結(jié)論,綜述了柔性機(jī)器人的研究現(xiàn)狀 ,對變形的描述、變形場的離散化、建模方法、近似分析、及關(guān)節(jié)作動(dòng)系統(tǒng)控制律設(shè)計(jì)等關(guān)鍵問題進(jìn)行了詳細(xì)闡述。 柔性機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)與控制問題屬機(jī)械科學(xué)的前沿領(lǐng)域 ,它涉及了機(jī)器人學(xué)、機(jī)械動(dòng)力學(xué)、優(yōu)化設(shè)計(jì)及控制理論等多個(gè)學(xué)科 ,交叉性極強(qiáng)。為提高分析模型的可靠性與工程應(yīng)用的可實(shí)現(xiàn)性 ,必須經(jīng)過數(shù)值仿真 模型實(shí)驗(yàn)和模型實(shí)驗(yàn) 數(shù)值仿真的反復(fù)修正過程。,Thank you!,
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