柔性冗余空間機械臂動力學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建模、動力學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雜動力學系統(tǒng)。為了設計高精度的軌跡規(guī)劃與控制算法，必

2、須建立精確的動力學模型。本文采用拉格朗日乘子法推導了柔性空間機械臂的動力學方程，根據(jù)機械臂中相鄰臂桿的剛柔特性及運動關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。為驗證所推導動力學模型的正確性，開發(fā)了基于 C語言的動力學計算程序，并與ADAMS軟件所搭建的剛柔耦合動力學模型進行對比檢驗，校驗結果證明了推導的動力學模型的正確性。
　　柔性空間機械臂的振動是多種因素共同作用的結果，基于所建立的動

3、力學模型，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、構成柔性臂桿材料的阻尼、柔性關節(jié)單獨作用時機械臂末端的振動特性。其次，以單柔性關節(jié)-單柔性臂桿組成的“轉子-梁”單元為例，綜合分析了各種因素共同作用時的“轉子-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束后會產生振動，影響末端定位精度。為將這種振動減弱至可接受范圍內，本文提出了自運動與粒子群優(yōu)化算法相結合的冗余空間機械臂末端