柔性机械臂建模及动力学特性分析 被引量：11

1

作者 刘旭亮 黄玉平 +1 位作者 崔佩娟 徐祯祥 《噪声与振动控制》 CSCD 2014年第6期7-11,共5页

以仿人手臂的三旋转关节刚柔耦合机械臂为研究对象,对柔性部分建立理论模型并分析其动态特性。为了提高模型精确度,利用有限段方法分析研究不同边界条件下柔性臂各阶固有频率及振型函数,通过假设模态法和汉密尔顿原理,考虑重力,建立机... 以仿人手臂的三旋转关节刚柔耦合机械臂为研究对象,对柔性部分建立理论模型并分析其动态特性。为了提高模型精确度,利用有限段方法分析研究不同边界条件下柔性臂各阶固有频率及振型函数,通过假设模态法和汉密尔顿原理,考虑重力,建立机械臂柔性部分动力学模型。引入角度轨迹,在Matlab中利用四阶Runge-Kutta法求解非线性时变微分方程组,获得柔性臂末端负载的残余振动。为实现柔性机械臂模型的进一步精确化和主动残余振动控制提供参考。 展开更多

关键词 振动与波 柔性机械臂 模态分析 弹性变形 动力学建模 振动分析

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基于SCARA的柔性葡萄采摘机械臂设计与试验 被引量：1

2

作者 杨语录 李长勇 《农机化研究》 北大核心 2025年第1期72-78,86,共8页

针对现今葡萄种植环境狭小且复杂、常见关节型机械臂空间运动灵活度较小和避障能力较弱等问题,为了适应葡萄植株下层枝叶较少、障碍物较少,上层枝叶较多、障碍物较多的特点,设计并开发一款基于SCARA的柔性葡萄采摘机械臂,其底部为SCARA... 针对现今葡萄种植环境狭小且复杂、常见关节型机械臂空间运动灵活度较小和避障能力较弱等问题,为了适应葡萄植株下层枝叶较少、障碍物较少,上层枝叶较多、障碍物较多的特点,设计并开发一款基于SCARA的柔性葡萄采摘机械臂,其底部为SCARA机械臂,上部为柔性机械臂部分;同时,设计了SCARA与柔性机械臂的协调运动控制系统。通过分析机械臂的机械结构和工作原理确定机械臂的末端空间位置和机械臂的运动学关系,利用MatLab绘制其工作空间,并绘制柔性机械臂在随机两个空间点运动的轨迹、速度、加速度图,从而实现SCARA机械臂与柔性机械臂的运动控制。 展开更多

关键词 采摘 柔性机械臂 运动空间 运动学求解 SCARA机械臂 葡萄

典型机械手臂研究现状综述 被引量：4

3

作者 宁致远 《信息记录材料》 2018年第3期4-5,共2页

机械手臂的类型日渐多样化,设计出更加经济实用的机械手已成为当今学术界的热点。本文综述了机械手臂的结构功能、发展现状、应用领域等问题,同时论述了应用较为广泛的关节型机械手臂、仿人机械手臂、柔性机械手臂和并联机械手臂的机构... 机械手臂的类型日渐多样化,设计出更加经济实用的机械手已成为当今学术界的热点。本文综述了机械手臂的结构功能、发展现状、应用领域等问题,同时论述了应用较为广泛的关节型机械手臂、仿人机械手臂、柔性机械手臂和并联机械手臂的机构特点、应用场合及存在的问题等。机械手臂作为机器人领域的重要分支,涉及诸多领域的交叉与融合,本文的研究将对机械手臂的未来发展提供指导。 展开更多

关键词 机械手臂 柔性机械手臂 并联机械手臂 仿人机械手臂

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柔性机械臂运动速度的PI控制策略

4

作者 李小彭 陈国文 +1 位作者 尹猛 付嘉兴 《东北大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期1409-1416,共8页

柔性机械臂和柔性负载会随着机械臂位姿的改变,导致转动惯量等具体参数发生改变,进而对伺服驱动系统的输出转速产生影响.采用相同阻尼系数的极点配置方法对驱动系统的比例-积分(proportional-integral,PI)控制器参数进行调节,使PI控制... 柔性机械臂和柔性负载会随着机械臂位姿的改变,导致转动惯量等具体参数发生改变,进而对伺服驱动系统的输出转速产生影响.采用相同阻尼系数的极点配置方法对驱动系统的比例-积分(proportional-integral,PI)控制器参数进行调节,使PI控制器随机械臂位姿改变自动调节参数,动态稳定电动机输出转速.根据拉格朗日原理和连续体振动理论建立数学模型,通过状态方程获得传递函数,采用相同阻尼系数极点配置方法调节PI控制器参数,应用到转速环控制中.分析阻尼系数与自然频率对系统谐振峰值、谐振频率和带宽的影响.通过数值仿真证明,合理调节阻尼系数可以减小伺服驱动系统转速波动.通过与齐格勒-尼科尔斯法则自整定(Ziegler-Nichols self-tuning,Z-N)方法的对比,表明相同阻尼系数的极点配置方法使系统达到稳定的时间更短. 展开更多

关键词 柔性机械臂 柔性负载 PI控制器 相同阻尼系数极点配置法 伺服驱动系统

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控制-传感信号时滞补偿下柔性机械臂控制方法设计

5

作者 宋磊 杨耀宁 《机械设计与研究》 CSCD 北大核心 2024年第3期152-156,共5页

相比于刚性机械臂,柔性机械臂因其结构及材料具有抗弯曲、刚度较低的特性,会产生信号延迟。目前,描述柔性机械臂控制大多基于时域信号分析建立,而时域分析模型忽略了控制与传感信号之间产生的不同高阶模态特征,导致二者存在时间滞后差... 相比于刚性机械臂,柔性机械臂因其结构及材料具有抗弯曲、刚度较低的特性,会产生信号延迟。目前,描述柔性机械臂控制大多基于时域信号分析建立,而时域分析模型忽略了控制与传感信号之间产生的不同高阶模态特征,导致二者存在时间滞后差。设计一种控制-传感信号时滞补偿下柔性机械臂控制方法。采用奇异谱分析对经过去噪处理的控制信号进行时频分解,以获得控制信号在时频域上的分布情况。使用Hilbert-Huang变换方法对传感信号进行频域变换,获取传感信号在频率空间上时间和幅值的变化规律。将控制-传感信号同步压缩后,生成替代数据边际谱,根据对边际谱生成信号的统计规律和非平稳数据辨别,完成控制-传感信号的延迟补偿,优化柔性机械臂的控制过程。实验结果表明:该方法的控制信号与传感信号延迟的很小,同时柔性机械臂的运动范围在正常范围之内。这些结果表明该方法具有良好的柔性机械臂控制效果。 展开更多

关键词 柔性机械臂 控制信号 传感信号 时频分解方法 HILBERT-HUANG变换

原文传递

柔性机械臂动力学建模研究进展 被引量：3

6

作者 方虹斌 郑立 +3 位作者 张琦炜 郭丁旭 张舒 徐鉴 《动力学与控制学报》 2023年第12期5-21,共17页

刚性机械臂由于其较高的工作精度和重复性、较强的承载能力,已广泛应用于危险或相对单一、重复性高工作场景.但刚性机械臂的结构及运作方式不够灵活,无法适用于不定型、非标准、狭窄空间等生产场景.最近几年,柔性机械臂因其结构柔性、... 刚性机械臂由于其较高的工作精度和重复性、较强的承载能力,已广泛应用于危险或相对单一、重复性高工作场景.但刚性机械臂的结构及运作方式不够灵活,无法适用于不定型、非标准、狭窄空间等生产场景.最近几年,柔性机械臂因其结构柔性、作业空间大、人机交互安全等优点而受到广泛关注,有希望应用于医疗、服务和智能制造等领域.但柔性机械臂结构柔软,运动比较自由,在作业过程中柔性效应不可忽略,这对其高精度控制提出了重大挑战.柔性机械臂控制的核心科学问题之一是建立包含结构柔性特征和动态特性的高精度动力学模型.为此,本文对柔性机械臂运动学建模和动力学建模研究进行了综述.作为动力学建模的基础,本文首先综述了柔性机械臂的运动学建模方法,主要介绍了曲率法、伪刚体运动学(PRB)方法、基于Cosserat杆的运动学建模方法、结构几何分析方法、Denavit-Hartenberg(D-H)法及坐标法、数据驱动和机器学习方法等.随后,本文详细综述了柔性机械臂的动力学建模方法,主要包括集中参数系统法、假设模态法、有限元法.最后,本文简述了目前柔性机械臂动力学研究的主要内容,并对未来研究做出展望. 展开更多

关键词 柔性机械臂 机器人运动学 机器人动力学 动力学模型 多体动力学

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柔性机械臂运动学性能分析与控制 被引量：1

7

作者 王纪婵 《内燃机与配件》 2023年第21期19-21,共3页

为了检测复杂的空间环境、维护狭小空间内的设备、管道等设施和处理微小产品组装等问题,研发人员结合自然界软体动物的结构特点和行为原理,研究设计了由多个通用柔性手臂组成的柔性机械臂。基于柔性机械臂技术的数学基础,分析了柔性机... 为了检测复杂的空间环境、维护狭小空间内的设备、管道等设施和处理微小产品组装等问题,研发人员结合自然界软体动物的结构特点和行为原理,研究设计了由多个通用柔性手臂组成的柔性机械臂。基于柔性机械臂技术的数学基础,分析了柔性机械臂的运动方程,结合了柔性机械臂计算机终端的位置方程和姿态方程、三维绘图软件的运动建模功能和开发的柔性机械臂的运动建模功能,解决了位移和加速度随时间变化的规律,为柔性机械臂的设计提供了一定的研究依据。 展开更多

关键词 柔性机械臂 运动学 仿真分析

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基于图像处理的低误差机械臂位姿检测仿真 被引量：2

8

作者 高一凡 陈立祥 《计算机仿真》 北大核心 2022年第3期413-416,480,共5页

传统柔性机械臂位姿检测方法在实际应用中无法准确检测机械臂位资的俯仰角、偏航角以及滚转角。为此,提出基于机械视觉的柔性机械臂位姿检测方法。利用TL5147对机械臂位姿图像采集并显示。,通过EDMA传输法完成图像传输,提升程序工作效... 传统柔性机械臂位姿检测方法在实际应用中无法准确检测机械臂位资的俯仰角、偏航角以及滚转角。为此,提出基于机械视觉的柔性机械臂位姿检测方法。利用TL5147对机械臂位姿图像采集并显示。,通过EDMA传输法完成图像传输,提升程序工作效率。利用四元数算法完成柔性机械臂的空间位姿关系检测,保证机械臂位姿检测的准确性,实现机械视觉的柔性机械臂位姿检测。实验结果表明,通过对柔性机械臂位姿的俯仰角误差测试、偏航角误差测试以及滚转角误差测试,验证了所提柔性机械臂位姿检测方法的精准度高、可靠性强。 展开更多

关键词 机械视觉 柔性机械臂 四元数算法 图像预处理

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弹性手臂伺服控制系统的研究

9

作者 潘为民 范懋基 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1991年第3期67-75,共9页

本文应用滑模变结构理论,设计了一种应用于弹性手臂伺服系统的控制方法——四段式滑模加PI 复合控制方法.在电机最大力矩和速度受到限止情况下,通过滑模开关曲线选择,实现了响应时间最优.同时,为了消除系统的“颤抖”,当系统位置误度小... 本文应用滑模变结构理论,设计了一种应用于弹性手臂伺服系统的控制方法——四段式滑模加PI 复合控制方法.在电机最大力矩和速度受到限止情况下,通过滑模开关曲线选择,实现了响应时间最优.同时,为了消除系统的“颤抖”,当系统位置误度小于一定值时,用PI 控制代替滑模控制.实验结果表明,应用这种控制方法,系统的鲁棒性、响应时间和静态精度都有所提高. 展开更多

关键词 机器人 弹性手臂 滑模控制

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柔性机械臂碰撞系统的一种建模方法及精细积分数值模拟

10

作者 赵玉立 邓子辰 《应用力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第4期80-83,共4页

对一单连杆柔性机械臂与外界发生碰撞时的动力学特性进行了研究。在建立动力学模型时 ,利用有限元思想 ,用有限个刚性单元和抗扭连接弹簧来模拟机械臂及其柔性性质 ,得出了较为简单的非线性动力学方程 ,根据几何关系 ,建立了系统在发生... 对一单连杆柔性机械臂与外界发生碰撞时的动力学特性进行了研究。在建立动力学模型时 ,利用有限元思想 ,用有限个刚性单元和抗扭连接弹簧来模拟机械臂及其柔性性质 ,得出了较为简单的非线性动力学方程 ,根据几何关系 ,建立了系统在发生碰撞时的约束条件。本文在系统的动力学方程中引入对偶变量 ,并将方程导向Hamilton体系 ,用精细积分法对系统的动力学特性进行了模拟。 展开更多

关键词 柔性机械臂 碰撞 精细积分法

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考虑动力变动关系的液压柔性机械臂末端定位控制方法

11

作者 丁心安 李美莹 《自动化与仪表》 2024年第12期47-50,55,共5页

液压柔性机械臂受摩擦力、重力以及牵引力等多种动力势能影响,导致运动特征的变动关系复杂,定位控制误差较大。为此,提出一种基于RBF神经网络的末端定位控制方法。建立RBF神经网络架构,采用高斯函数作为输入层和模糊层的连接函数,以摩... 液压柔性机械臂受摩擦力、重力以及牵引力等多种动力势能影响,导致运动特征的变动关系复杂,定位控制误差较大。为此,提出一种基于RBF神经网络的末端定位控制方法。建立RBF神经网络架构,采用高斯函数作为输入层和模糊层的连接函数,以摩擦力、牵引力、重力等值作为导入因子,分析其动力学特性。以此为约束,设计非线性的定位控制补偿方法,通过多次迭代调整平衡阈值实现高质量的定位控制。实验结果证明,所提方法定位控制精准度较高,控制后的机械臂运动旋转角度以及垂直角度曲线变化与目标值基本一致,控制效果表现优异。 展开更多

关键词 RBF神经网络 液压柔性机械臂 末端定位控制 高斯函数 势能因子

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考虑控制器饱和约束的单杆柔性机械臂鲁棒H∞保性能控制方法

12

作者 高兴泉 杨昊 孙浩 《长江信息通信》 2024年第2期42-46,共5页

针对单杆柔性机械臂建模误差,控制器饱和及外界扰动的不确定性因素,提出了单杆柔性机械臂的鲁棒H∞保性能控制方法。现有单杆柔性机械臂控制方法多是忽略了其质量对系统性能的干扰,未考虑控制器输入饱和对电机寿命的影响。因此,文章将... 针对单杆柔性机械臂建模误差,控制器饱和及外界扰动的不确定性因素,提出了单杆柔性机械臂的鲁棒H∞保性能控制方法。现有单杆柔性机械臂控制方法多是忽略了其质量对系统性能的干扰,未考虑控制器输入饱和对电机寿命的影响。因此,文章将柔性机械臂的质量作为建模不确定性,然后基于李亚普诺夫函数推导出不确定线性系统鲁棒H∞保性能控制器存在的充分必要条件,将控制问题转换为一个线性矩阵不等式的优化问题。最终使二次性能指标上界或H∞变化范围最小。仿真结果表明,所设计的控制器对于柔性机械臂的振动有很好的抑制效果。 展开更多

关键词 控制器饱和 单杆柔性机械臂 鲁棒H∞保性能控制器 振动抑制

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超冗余柔性臂在狭小空间内改进RRT算法轨迹规划

13

作者 陈师宽 罗汉武 +3 位作者 李文震 陶鑫 宋屹峰 吕鹏 《计算机测量与控制》 2024年第7期294-300,共7页

为清理变电站联排变压器狭小空间内的异物,设计了一种超冗余多关节机械臂;根据机械臂的运动学特性在机器人工具箱建立了运动学模型,利用正运动学分析了万向节角度和驱动绳长,并利用蒙特卡洛法建立了机器人的工作空间;为缩短轨迹路线、... 为清理变电站联排变压器狭小空间内的异物,设计了一种超冗余多关节机械臂;根据机械臂的运动学特性在机器人工具箱建立了运动学模型,利用正运动学分析了万向节角度和驱动绳长,并利用蒙特卡洛法建立了机器人的工作空间;为缩短轨迹路线、减少随机树点数目,提出了基于改进后的RRT算法的轨迹规划方法,利用贪心算法进行轨迹优化,仿真结果显示路径长度减少20%且规划时间提高60%;利用多阶贝塞尔曲线进行轨迹平滑,降低轨迹路线曲率;改进后的RRT算法可以有效避障,且轨迹更为精确、曲率较小、处理速度更快,可以快速有效地完成异物清理工作。 展开更多

关键词 异物清理轨迹规划 超冗余柔性机械臂 RRT算法 贪心算法

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基于IMFAPC的二自由度柔性机械臂轨迹跟踪控制

14

作者 高兴泉 郭峰 范砚策 《长江信息通信》 2024年第2期66-71,共6页

针对二自由度柔性机械臂轨迹跟踪误差大、易产生抖振问题,提出了一种改进无模型自适应预测控制(Improve Model-Free Adaptive Predictive Control, IMFAPC)方法。首先在控制律中增加了对误差变化率的限制,并对误差变化率的差分也进行了... 针对二自由度柔性机械臂轨迹跟踪误差大、易产生抖振问题,提出了一种改进无模型自适应预测控制(Improve Model-Free Adaptive Predictive Control, IMFAPC)方法。首先在控制律中增加了对误差变化率的限制,并对误差变化率的差分也进行了限制。其次,设计时变参数的估计与预测机制,引入I/O数据信息预测未来时刻系统控制输入,从而有效解决二自由度柔性机械臂轨迹跟踪过程易振荡和发散问题,明显提高了对目标轨迹的跟踪精度且有效降低了柔性臂的弹性抖振。最后,经过仿真和实验验证了本文所提方法的有效性。 展开更多

关键词 二自由度柔性机械臂 轨迹跟踪 IMFAPC 降低抖振

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ADAMS-Simulink柔性机械与控制系统仿真 被引量：4

15

作者 田风雷 孙容磊 《机械与电子》 2006年第10期62-64,共3页

介绍了一种ADAMS-Simulink柔性机械与控制系统的仿真方法,该方法结合ANSYS有限元分析与Matlab/Simulink控制系统仿真,实现了对柔性机械及其控制的联合仿真,弥补了AD-AMS在有限元分析和控制系统设计上的不足.并通过实例,实现了柔性机械... 介绍了一种ADAMS-Simulink柔性机械与控制系统的仿真方法,该方法结合ANSYS有限元分析与Matlab/Simulink控制系统仿真,实现了对柔性机械及其控制的联合仿真,弥补了AD-AMS在有限元分析和控制系统设计上的不足.并通过实例,实现了柔性机械臂系统的滑动关节在PID控制下的启停仿真. 展开更多

关键词 ADAMS—Simulink ANSYS 仿真 有限元 柔性机械臂

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柔性机械臂振动的反馈控制及数值模拟 被引量：6

16

作者 陈星 方之楚 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2006年第1期1-4,共4页

探讨了梢端带刚体的柔性机械臂系统的动力学模型,对它存在的解耦的弯曲振动和扭转振动设计了一种形式简单的反馈控制律,用两个控制电机实现抑振和目标定位。使用H ilbert空间讨论系统特征值问题。在有限维近似模态分析基础上进行数值分... 探讨了梢端带刚体的柔性机械臂系统的动力学模型,对它存在的解耦的弯曲振动和扭转振动设计了一种形式简单的反馈控制律,用两个控制电机实现抑振和目标定位。使用H ilbert空间讨论系统特征值问题。在有限维近似模态分析基础上进行数值分析与模拟,得到系统弯曲振动、扭转振动的抑振控制效果曲线图。模拟结果与他人的试验结果比较,证实了所提出的控制律在削减振幅和快速抑振方面的有效性。 展开更多

关键词 柔性机械臂 振动反馈控制 模态分析 数值模拟

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基于MATLAB的柔性机械臂动力学分析 被引量：6

17

作者 卫玉昆 焦国太 《机械工程与自动化》 2016年第1期33-36,共4页

针对柔性机械臂系统,通过有限元法(FEM)和Lagrange方程相结合的方法建立柔性机械臂的动力学模型,然后通过数学软件MATLAB对数学符号的处理,描述了柔性机械臂单臂系统的动态特性,考虑了载荷和摩擦等非线性因素的影响,为柔性机械臂的机械... 针对柔性机械臂系统,通过有限元法(FEM)和Lagrange方程相结合的方法建立柔性机械臂的动力学模型,然后通过数学软件MATLAB对数学符号的处理,描述了柔性机械臂单臂系统的动态特性,考虑了载荷和摩擦等非线性因素的影响,为柔性机械臂的机械设计、控制设计等方面奠定了理论基础。 展开更多

关键词 柔性机械臂 MATLAB 动力学分析

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弹性机械手臂的建模与控制 被引量：1

18

作者 王国利 卢桂章 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 1996年第1期118-122,共5页

关键词 弹性 机械手臂 建模 控制 工业机器人

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考虑误差补偿的柔性机械臂命令滤波滑模控制

19

作者 陈凯生 张鑫 祝子钧 《现代制造工程》 CSCD 北大核心 2024年第11期66-72,共7页

针对单关节柔性机械臂控制中存在参数摄动、外部干扰及滤波误差等导致轨迹跟踪精度性能变差的问题,提出一种考虑误差补偿的命令滤波滑模控制方法。首先,给出含不确定项的单关节柔性机械臂动力学方程,设计反步滑模控制;然后,引入二阶命... 针对单关节柔性机械臂控制中存在参数摄动、外部干扰及滤波误差等导致轨迹跟踪精度性能变差的问题,提出一种考虑误差补偿的命令滤波滑模控制方法。首先,给出含不确定项的单关节柔性机械臂动力学方程,设计反步滑模控制;然后,引入二阶命令滤波器获得虚拟控制量的导数,避免传统反步控制引起的“计算爆炸”问题;最后,基于李雅普诺夫理论设计误差补偿机制用以消除命令滤波器所产生的滤波误差。仿真结果表明,当系统存在参数摄动和外部干扰时,所提出的误差补偿命令滤波滑模控制与未加误差补偿的命令滤波滑模控制和误差补偿命令滤波控制方法相比,其轨迹跟踪精度分别提升了19.8%和74.0%,滤波误差分别减少了44.4%和31.4%。 展开更多

关键词 单关节柔性机械臂 命令滤波反步控制 滑模控制 滤波误差补偿

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柔性关节机械臂避障路径自动控制数学建模 被引量：3

20

作者 潘莉英 《机械与电子》 2023年第3期60-64,共5页

针对柔性关节机械臂在避障完成后位姿与目标位姿存在一定偏差的问题,提出柔性关节机械臂避障路径自动控制数学建模方法。将五次B样条曲线作为柔性关节机械臂避障路径规划的基础,在避障任务中引入速度修正项,通过关节角和关键点避障速度... 针对柔性关节机械臂在避障完成后位姿与目标位姿存在一定偏差的问题,提出柔性关节机械臂避障路径自动控制数学建模方法。将五次B样条曲线作为柔性关节机械臂避障路径规划的基础,在避障任务中引入速度修正项,通过关节角和关键点避障速度确定速度修正项取值。建立避障路径自动控制数学模型,利用该模型控制柔性关节机械臂在到达目标位置过程中实现障碍物精准规避,完成柔性关节机械臂避障路径自动控制。实验结果表明,所提方法能够减小位姿误差,平稳关节波动,实际应用效果较好。 展开更多

关键词 柔性关节机械臂 避障路径自动控制 数学建模 B样条曲线 速度修正项

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