刚-柔耦合机械臂动力学建模与振动抑制研究

"刚-柔耦合机械臂动力学建模及其振动抑制研究，金国光等人，2014年发表于天津工业大学的研究论文。该研究运用假设模态法进行运动学分析，通过Lagrange方程构建动力学模型，并采用滑膜变结构控制策略对刚-柔性机械臂的振动进行有效抑制。研究表明，一阶模态的动力学模型足以满足系统精度要求，滑模变结构控制能显著减少柔性末端振动，提升系统动态性能和精度。" 这篇论文深入探讨了刚-柔耦合机械臂这一复杂系统的动力学问题。刚-柔耦合机械臂是指包含刚性关节和柔性部件的机器人臂，其动力学行为相较于纯刚性机械臂更为复杂，因为柔性部分的振动和变形会影响整个系统的性能。作者首先利用假设模态法对这类系统进行了运动学分析。假设模态法是一种有效的手段，它将复杂的结构分解为一系列简化的振动模式，以便更好地理解和描述系统的动态行为。 接下来，论文基于Lagrange方程建立了刚-柔耦合机械臂的动力学模型。Lagrange方程是经典力学中的一个重要工具，用于描述多体系统的动力学，它可以考虑系统的势能和动能，从而推导出系统的运动方程。这种建模方法能够综合考虑机械臂的刚性和柔性特性，为后续的振动控制提供理论基础。 为了抑制机械臂的振动，研究者采用了滑膜变结构控制（SMVSC）方法。滑模控制是一种非线性的控制策略，它的特点是控制器参数会随着时间变化而“滑动”，以迅速收敛到期望的稳定状态。对于具有不确定性和非线性的系统，如刚-柔耦合机械臂，滑膜控制特别有效。通过仿真研究，论文证明了滑膜变结构控制可以有效地减缓柔性末端的振动，从而改善了机械臂的动态性能和定位精度。 这篇2014年的研究工作在刚-柔耦合机械臂领域提供了重要的理论贡献，不仅提出了有效的动力学建模方法，还引入了一种能够实际抑制振动的控制策略，对于提升这类机械臂的稳定性和效率有着重要意义。同时，这也有助于推动未来柔性机器人和自动化领域的技术发展。