大范圍運動下宏-微操作器的動力學建模與軌跡規(guī)劃研究.pdf

1、隨著微機電系統(tǒng)和先進制造領域的發(fā)展，對微小型對象的微操作與微裝配已逐漸成為多學科領域的研究熱點。在微操作或微裝配中，往往存在大范圍的快速運動，由于系統(tǒng)中柔性結構的存在，在運動過程中和運動停止后有可能會激起微夾持器自身的彈性振動，給夾持可靠性和定位精度帶來影響。
　　本學位論文以微操作過程中的運動控制和振動抑制技術為研究背景，以一類由伺服電機、機械臂和柔性微夾持器等構成的宏/微操作器為研究對象，伺服電機驅動機械臂和微夾持器作大范圍運

2、動，微夾持器完成夾持和釋放的微操作。研究了具有該類剛柔耦合宏/微操作器的動力學特性、軌跡抑振機理、運動軌跡規(guī)劃和優(yōu)化算法應用等問題，搭建了相關實驗平臺，結合理論分析、數(shù)值仿真和實驗論證，實現(xiàn)了具有柔性結構宏/微操作器的軌跡振動控制，提高了夾持可靠性、定位精度和操作效率。
　　以上述大范圍運動下宏/微操作器為研究對象，基于假設模態(tài)法和拉格朗日方程建立了系統(tǒng)的動力學方程，通過數(shù)值仿真得出了系統(tǒng)在梯形軌跡和五次多項式軌跡運動下微夾持器的

3、振動情況，對仿真結果進行了深入分析，結果表明對宏/微操作器運動軌跡規(guī)劃研究的必要性，驗證了系統(tǒng)動力學方程的正確性。
　　從系統(tǒng)的動力學方程和仿真結果出發(fā)，分析了伺服電機驅動下作旋轉運動的宏/微操作器抑振軌跡規(guī)劃機理，提出了以宏/微操作器柔性部分的等效激勵力矩為優(yōu)化指標，并選擇五次多項式軌跡為基準曲線和插值曲線，利用遺傳算法得到指標最小的抑振軌跡，并通過仿真對優(yōu)化結果進行初步驗證。同時，考慮了強迫振動抑制的運動曲線規(guī)劃問題，提出了基