柔性冗余度机器人振动控制研究

• 作 者: 张龙君
• 机 构: 北京工业大学
• 出 处: 北京工业大学
• 发表日期: 2006年期
• 关键词: 柔性机器人 冗余度 运动规划 主动控制 压电陶瓷

本文致力于冗余度机器人的运动规划和柔性机器人的振动主动控制两个领域的结合，在柔性冗余度机器人运动学和动力学分析、关节初始位置规划以及振动抑制等方面进行了系统的研究。这对于提高机器人末端的运动精度，以及减轻机器人杆件的弹性振动具有重要意义。
首先，运用弹性动力学(KED)方法，建立了柔性冗余度机器人的动力学模型。在算例中用NEWMARD方法求得机器人末端的运动误差，并与软件分析结果比较，验证了模型的有效性。
其次，利用冗余度机器人的冗余特性，在给定工作任务的前提下，规划机器人的关节运动。用初始位置规划法对具有一个冗余度的平面三杆柔性臂机器人进行运动规划，降低了末端的运动误差，提高了机器人的运动精度。
最后，在运动规划的基础上，采用振动主动控制的方法，来抑制机器人的振动。利用压电陶瓷的机电耦合特性，将压电驱动器和应变传感器置于柔性杆的适当部位以组成机敏杆件。将机器人的动力学模型以模态分析技术解耦，然后建立了柔性冗余度机器人振动主动控制系统的状态空间表达式。考虑到机器人对末端运动精度的要求，对线性二次型状态调节器(LQR)进行了修正，以得到最优的输入控制电压。算例表明该主动控制方法是有效的，同时也证明了冗余规划可以降低主动控制中的能量消耗。