[發(fā)明專利]一種單連桿柔性機械臂的減振方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911358470.4
• 申請日: 2019-12-25
• 公開（公告）號: CN111015737A
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發(fā)明（設計）人: 馬鵬宇;李永超;任豪;汪學斌
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: B25J19/00
• 分類號: B25J19/00;B25J9/16
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李曉曉

本發(fā)明公開了一種單連桿柔性機械臂的減振方法。在廣義坐標系下，基于Euler?Bernoulli梁理論建立彎曲振動方程。通過有限分段進行參數離散化，建立柔性機械臂動力學模型。分析動力學模型，得到機械臂固有振動頻率等特性參數。將機械臂運動設為加速、勻速和減速的三段式運動，根據機械臂的固有頻率對控制電機不同運動階段的電流信號時間進行設計，對柔性機械臂進行運動軌跡規(guī)劃及運動參數配制，實現橫向運動的減振。本發(fā)明分析了指令整形振動抑制方法的基礎上，通過結合軌跡生成前饋方法，指令操作簡單快捷，不需要改變機械臂本身結構且減振效果明顯，在工業(yè)柔性機械臂旋轉運動減振方面有較好的應用價值。

技術領域

本發(fā)明屬于機械振動、柔性機械臂的振動控制技術領域，具體涉及一種單連桿柔性機 械臂的減振方法。

背景技術

隨著機器人技術的發(fā)展，機械臂的廣泛發(fā)展?jié)M足了工業(yè)生產質量和效率的要求，同 時呈現出高速度和高精度的發(fā)展趨勢。相對于體積比較龐大的重型機械臂，輕便靈活的柔 性機械臂具有更加優(yōu)良的特點和性能，增加了運動過程中的靈活度和工作空間擴展性。同 時，由于機械臂阻尼小，工作過程中存在構件的彈性變形，振動會持續(xù)很長時間，影響正常工作，難以實現機械臂的末端可以實現精確定位。因此，目前有必要分析和研究機器人柔性機械臂的振動控制的方法，以確保柔性機械臂運動實時高效、精準控制。

當前的振動控制方法在柔性效應較弱、可做線性化處理的柔性機械臂的一般振動方面取得了顯著進展。但是，在許多實際工業(yè)系統中，受控對象或過程的數學模型是很難確定的，即使在某一條件下得到了其數學模型，但在工作條件和一些因素發(fā)生改變之后，其動態(tài)參數乃基于模型的結構也會持續(xù)的發(fā)生變化。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種單連桿柔性機械臂的減振方法，以解決上述問題。

為實現上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案：

一種單連桿柔性機械臂的減振方法，包括以下步驟：

步驟1：在廣義坐標系下，基于Euler-Bernoulli梁理論建立彎曲振動方程，通過有限 分段進行參數離散化，建立柔性機械臂動力學模型；

步驟2：分析動力學模型，得到機械臂固有振動頻率等特性參數，從而得到機械臂傳 遞函數；

步驟3：將機械臂運動設為加速、勻速和減速的三段式運動，根據機械臂的固有頻率 對控制電機不同運動階段的電流信號時間進行設計，對柔性機械臂進行運動軌跡規(guī)劃及運 動參數配制；

步驟4：機械臂振動控制穩(wěn)定的驗證。

進一步的，步驟1具體包括：

對于變截面，橫截面積A(x)和抗彎剛度EI(x)就是關于軸向坐標x的函數，基于Euler-Bernoulli梁理論，簡化平衡方程，忽略高階微量，建立彎曲振動方程，

式中：ρ—為柔性機械臂密度；

y(x,t)—為機械臂橫向振動位移；

變截面梁截面積A(x)和截面對中性軸的慣性矩I(x)均是沿梁軸向方向關于x連續(xù)變化的函數，表達式如下：

其中：A₀＝b₀h₀，m表示梁的不同截面變化類型；

式中：L—為變截面梁的總長；

c₀—梁橫截面寬度或者高度沿軸線的漸變系數；

b₀,h₀—分別為在x＝0處梁的橫截面的寬度和高度；