柔性冗余空間機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)建模與振動(dòng)抑制研究.pdf

1、隨著空間活動(dòng)的不斷深入，機(jī)械臂需要具有更大的操作范圍和更快的操作速度，而傳統(tǒng)的機(jī)械臂卻由于質(zhì)量大增加了發(fā)射成本、降低了在軌操作速度。為了克服這些限制，柔性空間機(jī)械臂由于其輕質(zhì)特性受到青睞，但其在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中將會(huì)發(fā)生振動(dòng)，合理解決這一問(wèn)題成為近年來(lái)研究的熱點(diǎn)。本文以此為研究背景，主要開(kāi)展柔性空間機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)建模、動(dòng)力學(xué)特性分析及振動(dòng)抑制方法等的研究。
　　柔性空間機(jī)械臂是一個(gè)較為復(fù)雜動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)。為了設(shè)計(jì)高精度的軌跡規(guī)劃與控制算法，必

2、須建立精確的動(dòng)力學(xué)模型。本文采用拉格朗日乘子法推導(dǎo)了柔性空間機(jī)械臂的動(dòng)力學(xué)方程，根據(jù)機(jī)械臂中相鄰臂桿的剛?cè)崽匦约斑\(yùn)動(dòng)關(guān)系建立了二者之間的速度級(jí)約束方程，從而得到了完整描述柔性空間機(jī)械臂的微分-代數(shù)方程。為驗(yàn)證所推導(dǎo)動(dòng)力學(xué)模型的正確性，開(kāi)發(fā)了基于 C語(yǔ)言的動(dòng)力學(xué)計(jì)算程序，并與ADAMS軟件所搭建的剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)模型進(jìn)行對(duì)比檢驗(yàn)，校驗(yàn)結(jié)果證明了推導(dǎo)的動(dòng)力學(xué)模型的正確性。
　　柔性空間機(jī)械臂的振動(dòng)是多種因素共同作用的結(jié)果，基于所建立的動(dòng)

3、力學(xué)模型，開(kāi)展了柔性空間機(jī)械臂末端振動(dòng)特性的研究。首先，分析了柔性臂桿的楊氏彈性模量、構(gòu)成柔性臂桿材料的阻尼、柔性關(guān)節(jié)單獨(dú)作用時(shí)機(jī)械臂末端的振動(dòng)特性。其次，以單柔性關(guān)節(jié)-單柔性臂桿組成的“轉(zhuǎn)子-梁”單元為例，綜合分析了各種因素共同作用時(shí)的“轉(zhuǎn)子-梁”單元末端的振動(dòng)特性。
　　柔性空間機(jī)械臂在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中和運(yùn)動(dòng)結(jié)束后會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，影響末端定位精度。為將這種振動(dòng)減弱至可接受范圍內(nèi)，本文提出了自運(yùn)動(dòng)與粒子群優(yōu)化算法相結(jié)合的冗余空間機(jī)械臂末端