柔性宏刚性微机械臂动力学特性与控制方法研究

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本文对于柔性宏刚性微机械臂系统的动力学建模、动力学特性分析、误差补偿及控制等方面进行了较为深入的研究与讨论。首先,本文基于柔性多体系统动力学(FMD)方法,利用有限元法和拉格朗日方程建立柔性机械臂的动力学模型,刚性机械臂可以看成一种特殊的柔性机械臂,然后根据柔性机械臂的建模方法,对刚性机械臂进行特殊处理,建立了柔性宏刚性微机械臂的动力学模型。利用Matlab软件编程,对柔性宏刚性微机械臂动力学模型进行了符号推导,得到动力学方程的符号表达式,针对不同形式组合的柔性宏刚性微机械臂,如一柔一刚,两柔一刚,两柔两刚等柔性宏刚性微机械臂系统做了大量的仿真计算,利用动力学仿真软件RecurDyn对同一种情况下的柔性宏刚性微机械臂做动力学仿真,与Matlab的仿真结果相互对比,结果表明本文建立的柔性宏刚性微机械臂系统的动力学模型是正确的,有效的。其次,基于本文提出的动力学建模方法,建立了2F2R宏微机械臂动力学模型并在此基础上利用Matlab对其进行数值仿真,改变其结构参数、物理参数和运动参数,得到了柔性宏刚性微机械臂的末端轨迹误差与其各个参数之间的关系;然后利用得到的柔性宏刚性微机械臂动力学方程得到其固有频率,再通过改变各个参数得到宏微机械臂系统的固有频率与其参数之间的关系。这些结论,对进一步研究柔性宏刚性微机械臂系统的动力学特性和结构优化设计具有重要的参考意义。最后,本文对柔性宏刚性微机械臂系统末端误差的可补偿性进行了分析,提出了柔性宏刚性微机械臂系统可补偿的几何条件。针对柔性宏刚性微机械臂系统的末端误差从运动学角度提出了一种控制方法,并且利用控制方法分别对于直线型轨迹跟踪和S型轨迹跟踪控制进行了仿真验算,仿真结果表明,利用本控制方法极大的改善了柔性宏刚性微机械臂系统的末端误差精度问题。
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