大范圍運(yùn)動(dòng)下宏-微操作器的動(dòng)力學(xué)建模與軌跡規(guī)劃研究.pdf

1、隨著微機(jī)電系統(tǒng)和先進(jìn)制造領(lǐng)域的發(fā)展，對(duì)微小型對(duì)象的微操作與微裝配已逐漸成為多學(xué)科領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。在微操作或微裝配中，往往存在大范圍的快速運(yùn)動(dòng)，由于系統(tǒng)中柔性結(jié)構(gòu)的存在，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中和運(yùn)動(dòng)停止后有可能會(huì)激起微夾持器自身的彈性振動(dòng)，給夾持可靠性和定位精度帶來(lái)影響。
　　本學(xué)位論文以微操作過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)控制和振動(dòng)抑制技術(shù)為研究背景，以一類由伺服電機(jī)、機(jī)械臂和柔性微夾持器等構(gòu)成的宏/微操作器為研究對(duì)象，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂和微夾持器作大范圍運(yùn)

2、動(dòng)，微夾持器完成夾持和釋放的微操作。研究了具有該類剛?cè)狁詈虾?微操作器的動(dòng)力學(xué)特性、軌跡抑振機(jī)理、運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃和優(yōu)化算法應(yīng)用等問(wèn)題，搭建了相關(guān)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，結(jié)合理論分析、數(shù)值仿真和實(shí)驗(yàn)論證，實(shí)現(xiàn)了具有柔性結(jié)構(gòu)宏/微操作器的軌跡振動(dòng)控制，提高了夾持可靠性、定位精度和操作效率。
　　以上述大范圍運(yùn)動(dòng)下宏/微操作器為研究對(duì)象，基于假設(shè)模態(tài)法和拉格朗日方程建立了系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程，通過(guò)數(shù)值仿真得出了系統(tǒng)在梯形軌跡和五次多項(xiàng)式軌跡運(yùn)動(dòng)下微夾持器的

3、振動(dòng)情況，對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了深入分析，結(jié)果表明對(duì)宏/微操作器運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃研究的必要性，驗(yàn)證了系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程的正確性。
　　從系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程和仿真結(jié)果出發(fā)，分析了伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)下作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的宏/微操作器抑振軌跡規(guī)劃?rùn)C(jī)理，提出了以宏/微操作器柔性部分的等效激勵(lì)力矩為優(yōu)化指標(biāo)，并選擇五次多項(xiàng)式軌跡為基準(zhǔn)曲線和插值曲線，利用遺傳算法得到指標(biāo)最小的抑振軌跡，并通過(guò)仿真對(duì)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行初步驗(yàn)證。同時(shí)，考慮了強(qiáng)迫振動(dòng)抑制的運(yùn)動(dòng)曲線規(guī)劃問(wèn)題，提出了基