柔性機械臂滑�？刂葡到y(tǒng)非線性動力特性分析

發(fā)布時間：2020-09-27 15:54

　　隨著工業(yè)機器人技術(shù)的快速發(fā)展,柔性機械臂逐漸受到科研人員的關(guān)注。與剛性機械臂相比,它具有很多優(yōu)點,如結(jié)構(gòu)輕巧,響應(yīng)快,高負(fù)載/自重比,低功耗等。然而,由于柔性機械臂的結(jié)構(gòu)柔性及本身的非線性,使其成為一個典型的多輸入多輸出非線性系統(tǒng)。本文以雙臂柔性機械手為控制對象,從暫態(tài)運動特性、關(guān)節(jié)電機驅(qū)動特性、未建模動態(tài)誘發(fā)高頻抖振、穩(wěn)態(tài)周期運動特性四個方面,研究滑�？刂茟�(yīng)用于柔性機械臂時產(chǎn)生的非線性動力特性以改進(jìn)其末端控制精度。本文針對機械臂滑�？刂葡到y(tǒng),對系統(tǒng)從初始點至滑模面這一過程中相軌跡的分布規(guī)律與到達(dá)時間進(jìn)行研究。以雙臂柔性機械手為例,以其點到點的位置控制為目標(biāo),對輸出重新定義使其變成最小相位系統(tǒng)并對原系統(tǒng)進(jìn)行分解。在此基礎(chǔ)上,設(shè)計非奇異滑�？刂破�,使得輸入輸出子系統(tǒng)可收斂到平衡點,通過極點配置保證零動態(tài)子系統(tǒng)的穩(wěn)定性�；诓捎梅瞧娈惢？刂频妮斎胼敵鲎酉到y(tǒng)的狀態(tài)方程,分析從不同初始位置出發(fā)的相軌跡的運動規(guī)律,并給出臨界曲面的概念。然后基于相軌跡運動規(guī)律計算出各狀態(tài)點從初始位置運動到滑模面上所需最大時間的估計。本文深入分析驅(qū)動電機的動態(tài)特性及參數(shù)不確定性對機械臂滑�？刂葡到y(tǒng)的影響。由于柔性臂的關(guān)節(jié)是由電機驅(qū)動的,因此首先建立其包含電機驅(qū)動特性的雙臂柔性機械手的數(shù)學(xué)模型,并為其設(shè)計線性滑�？刂破�,使柔性機械臂末端位移收斂到零。此外,考慮參數(shù)不確定性對機械臂動態(tài)響應(yīng)的影響,給出系統(tǒng)參數(shù)不確定性的描述,在分解模型的過程中將不確定性引入各個子系統(tǒng)的表達(dá)式中,并給出由參數(shù)不確定性導(dǎo)致的系統(tǒng)輸出的誤差范圍。本文研究了未建模動態(tài)對機械臂滑�？刂葡到y(tǒng)的影響并對產(chǎn)生的抖振信號進(jìn)行分析。未建模動態(tài)會誘發(fā)系統(tǒng)的高頻抖振,使系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩,從而對系統(tǒng)行為產(chǎn)生重大影響。首先建立起包含未建模動態(tài)的柔性臂滑�？刂葡到y(tǒng)模型,通過理論分析證明了抖振的存在,進(jìn)而利用描述函數(shù)法對系統(tǒng)的抖振信號做量化分析,并找出影響抖振的頻率與幅值的因素。本文考慮滑模切換過程中的時滯對機械臂滑�？刂葡到y(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)的影響。針對滑模切換過程中可能存在的時滯現(xiàn)象,首先建立起帶有時滯的柔性機械臂滑�？刂葡到y(tǒng)模型,利用相平面法對采用非奇異滑模控制的機械臂系統(tǒng)相軌跡的運動過程進(jìn)行分析,另外采用龐加萊截面法和李雅普諾夫指數(shù)法對系統(tǒng)的運動狀態(tài)加以判斷,證明了極限環(huán)的存在。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TP241
【部分圖文】：

柔性關(guān)節(jié),機械臂,柔性臂

(a) 第一代柔性臂 (b) 第二代柔性臂 (c) 第三代柔性臂圖 1-1 德國宇航局的三代柔性關(guān)節(jié)機械臂文獻(xiàn)[24]針對柔性機械臂，基于分級滑�？刂扑惴�，采用雙冪次趨近律，使的狀態(tài)量無論是在距離滑模面多遠(yuǎn)處都能有非常快的趨近速度，保證系統(tǒng)無的同時也能有較高的控制精度。黨進(jìn)等人針對柔性臂系統(tǒng)，提出一種新型滑模

滑模面,關(guān)節(jié),轉(zhuǎn)角