柔性冗余空间机械臂动力学建模与振动抑制研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:uniw0909
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随着空间活动的不断深入,机械臂需要具有更大的操作范围和更快的操作速度,而传统的机械臂却由于质量大增加了发射成本降低了在轨操作速度为了克服这些限制,柔性空间机械臂由于其轻质特性受到青睐,但其在运动的过程中将会发生振动,合理解决这一问题成为近年来研究的热点本文以此为研究背景,主要开展柔性空间机械臂动力学建模动力学特性分析及振动抑制方法等的研究柔性空间机械臂是一个较为复杂动力学系统为了设计高精度的轨迹规划与控制算法,必须建立精确的动力学模型本文采用拉格朗日乘子法推导了柔性空间机械臂的动力学方程,根据机械臂中相邻臂杆的刚柔特性及运动关系建立了二者之间的速度级约束方程,从而得到了完整描述柔性空间机械臂的微分-代数方程为验证所推导动力学模型的正确性,开发了基于C语言的动力学计算程序,并与ADAMS软件所搭建的刚柔耦合动力学模型进行对比检验,校验结果证明了推导的动力学模型的正确性柔性空间机械臂的振动是多种因素共同作用的结果,基于所建立的动力学模型,开展了柔性空间机械臂末端振动特性的研究首先,分析了柔性臂杆的杨氏弹性模量构成柔性臂杆材料的阻尼柔性关节单独作用时机械臂末端的振动特性其次,以单柔性关节-单柔性臂杆组成的转子-梁单元为例,综合分析了各种因素共同作用时的转子-梁单元末端的振动特性柔性空间机械臂在运动过程中和运动结束后会产生振动,影响末端定位精度为将这种振动减弱至可接受范围内,本文提出了自运动与粒子群优化算法相结合的冗余空间机械臂末端振动抑制方法在以最小范数解为中心的一定范围的自运动空间内搜寻使得末端振动在误差容许范围内的解仿真结果证明了该方法的可行性和有效性
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