柔性冗余空間機械臂動力學(xué)建模與振動抑制研究.pdf

1、隨著空間活動的不斷深入，機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，柔性空間機械臂由于其輕質(zhì)特性受到青睞，但其在運動的過程中將會發(fā)生振動，合理解決這一問題成為近年來研究的熱點。本文以此為研究背景，主要開展柔性空間機械臂動力學(xué)建模、動力學(xué)特性分析及振動抑制方法等的研究。
　　柔性空間機械臂是一個較為復(fù)雜動力學(xué)系統(tǒng)。為了設(shè)計高精度的軌跡規(guī)劃與控制算法，必

2、須建立精確的動力學(xué)模型。本文采用拉格朗日乘子法推導(dǎo)了柔性空間機械臂的動力學(xué)方程，根據(jù)機械臂中相鄰臂桿的剛?cè)崽匦约斑\動關(guān)系建立了二者之間的速度級約束方程，從而得到了完整描述柔性空間機械臂的微分-代數(shù)方程。為驗證所推導(dǎo)動力學(xué)模型的正確性，開發(fā)了基于 C語言的動力學(xué)計算程序，并與ADAMS軟件所搭建的剛?cè)狁詈蟿恿W(xué)模型進行對比檢驗，校驗結(jié)果證明了推導(dǎo)的動力學(xué)模型的正確性。
　　柔性空間機械臂的振動是多種因素共同作用的結(jié)果，基于所建立的動

3、力學(xué)模型，開展了柔性空間機械臂末端振動特性的研究。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)單獨作用時機械臂末端的振動特性。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的“轉(zhuǎn)子-梁”單元末端的振動特性。
　　柔性空間機械臂在運動過程中和運動結(jié)束后會產(chǎn)生振動，影響末端定位精度。為將這種振動減弱至可接受范圍內(nèi)，本文提出了自運動與粒子群優(yōu)化算法相結(jié)合的冗余空間機械臂末端