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1、工作匯報,,柔性機械臂的的優(yōu)點,柔性機械臂具有的優(yōu)點: (1)用料少 (2)重量輕 (3)耗能低 缺點： 彈性變形 因此 ,在保持上述優(yōu)點的前提下 ,必須開展對柔性機械臂結構設計以及控制方法的研究。,典型的柔性機械臂示例,柔性機械臂的工業(yè)應用,Aerospace dual-arm flexible manipulator,單桿柔性機械臂的建模,1 模型的抽象化與基本假定 2 基本方程的建立 2.1 坐標系 2.2 運動分析 桿L上任一點（x,y）的位置矢量： O坐標系轉動的角度： 點（x,y）相對于O系的速度： 點（x,y）的絕對速度：,所以： 2.3 動能和勢能的計
2、算 : 2.4 動力學方程 利用Hamilton原理，即： 其中 整理后可得到運動微分方程： （A） （B）,,3 用假設模態(tài)法對分布參數系統(tǒng)進行離散化 令： 代入（A），（B）式中，得： 進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X（x）。,方法： 在區(qū)間xi,xi+1中，X用Hermite插值多項式表示為： （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計算，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)。,柔性機器人動力學分析,主要任務： ?；嵝泽w的相對變形 需要解決如下幾個重要問題: (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 根據選擇參照系的不同 ,一般可分為： 相對坐標描述 絕對坐標描述,相對坐標描述適合于 開鏈機構的動力學分析 ,也可借 助運動約束方程而應用于閉鏈 機構。這種方法有利于小應變 構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：相對簡單的動力學方程 , 缺點：大大增加了廣義坐標的數目 ,,(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 集中質量法 假設模態(tài)法,有限段法容易 計入幾何非線性的影響 , 比較適合于含細長構件 的柔性機器人系統(tǒng) ,理論 推導程式化 。,該方法條理清晰 ,適用于構件形 狀比較復雜的柔性機械系統(tǒng)。,模態(tài)函數的選取通常有兩種方法 ： 約束模態(tài)法與非約束模態(tài)法。 假設模態(tài)法建立的動力學方程規(guī)模較小 , 便于提高計算效率 ,在仿真與實時控制 方面具有一定的優(yōu)勢 ,但在描述復雜結 構的振動模態(tài)時常會遇到較大困難。,(3)建模方法 柔性機器人動力學建模方法主要
5、有兩類 ： 矢量力學方法 分析力學方法 早期的研究以 Newton - Euler法為主 ,此外Lagrange方程、 Hamilton 原理和 Kane 方程等在柔性機器人動力學分析中也都得到了比較廣泛的應用。 (4)近似分析 柔性機器人運動的特點是大范圍剛體運動與彈性變形。包括： 運動彈性靜力分析 運動彈性動力分析方法 KED 方法：忽略了彈性振動對大范圍剛體運動的影響,優(yōu)點：易于形成遞推形式的動力學方程 缺點：方程中出現了相鄰體間的內力項,Lagrange方程和 Hamilton 原理避免相鄰體間內力項 , 其優(yōu)點是可結合控制系統(tǒng)進行綜合分析 ,便于動力 學模型向控制模
6、型的轉化。,Kane 方程其特點是形式簡潔 ,不必 考慮相鄰體間的內力項 ,可實現動力 學方程的計算機符號推導。,傳統(tǒng)的近似分析方法源于機械振動理論,柔性機器人振動控制,(1)剛性化處理 (2)前饋補償法 (3)加速度反饋控制 (4)被動阻尼控制 (5)力反饋控制法 (6)自適應控制,采用阻尼減振器、阻尼材料、復合型阻尼金 屬板、阻尼合金或用粘彈性大阻尼材料形成 附加阻尼結構,將系統(tǒng)劃分成關 節(jié)子系統(tǒng)和柔性子系統(tǒng) 利用參數線性化的 方法設計自適應控制規(guī)則來辨識柔 性機械臂的不確定性參數 。,(7)PID控制：常通過調整控制器增益構成自校正控制器或與其它控制方法結合構成復合控制系統(tǒng)以改
7、善控制器性能 。 (8)變結構控制 (9)模糊與神經網絡控制 (10)非線性反饋控制 (11)魯棒控制,變結構控制系統(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構控制,主要特點之一是控制系統(tǒng)設計 并不需要通常意義上的被控對象的數學模型 ,而是 需要操作者或專家的經驗知識 ,操作數據等。,關節(jié)作動系統(tǒng)控制規(guī)律設計,關節(jié)作動系統(tǒng)控制是柔性機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,,結論,綜述了柔性機器人的研究現狀 ,對變形的描述、變形場的離散化、建模方法、近似分析、及關節(jié)作動系統(tǒng)控制律設計等關鍵問題進行了詳細闡述。 柔性機器人的動力學與控制問題屬機械科學的前沿領域 ,它涉及了機器人學、機械動力學、優(yōu)化設計及控制理論等多個學科 ,交叉性極強。為提高分析模型的可靠性與工程應用的可實現性 ,必須經過數值仿真 模型實驗和模型實驗 數值仿真的反復修正過程。,Thank you!,
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