大型索牽引並在線上器人的振動分析與控制研究

《大型索牽引並在線上器人的振動分析與控制研究》是依託西安電子科技大學，由杜敬利擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：大型索牽引並在線上器人的振動分析與控制研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：杜敬利
• 依託單位：西安電子科技大學

項目摘要

索牽引並在線上器人的優點之一是其工作空間大，但當工作空間非常巨大時，在運行過程中柔索不可避免地會產生振動，嚴重影響系統的運行精度和回響速度。現階段索牽引並在線上器人的研究中多將柔索處理成直線索桿單元，這種做法無法套用於大型索牽引並在線上器人，因此必須對其進行更為精確的動力學分析。.本申請著重研究大型索牽引並在線上器人的非線性動力學及其控制問題。為考慮柔索的彈性變形及振動的影響，提出採用穩態運動加小幅振動的形式來描述柔索的動力學特性，結合柔索與末端執行器之間的耦合關係完成系統的動力學分析。同時，提出了柔索振動的間接觀測算法，可通過索端張力的測量觀測出柔索振動的模態坐標，增加了研究的實用性。最後，結合柔索的力學特性給出了相應的控制策略。動力學分析和相應控制策略的提出必將能夠為大型索牽引並在線上器人運行精度的提高奠定理論基礎。

結題摘要

大型索牽引並在線上器人中的柔索在系統運行過程中不可避免地會產生振動，嚴重影響系統的運行精度和回響速度。項目圍繞這一問題從變長度索牽引系統的動力學分析、柔索小幅振動的觀測和柔索的振動控制三個方面系統地開展研究。採用Newton法、Hamilton原理和變域有限元法分別建立了變長度柔索的動力學模型，發現在慢變系統中索長變化速度和加速度的影響可以忽略，由此得到一種在大範圍穩態運動的基礎上疊加小幅柔性振動的柔索牽引系統動力學模型，可簡單有效地分析柔索動態特性對系統的影響。基於柔索動力學模型和柔索與末端執行器之間的耦合關係研究了相應的柔索振動的觀測算法，可得到在柔索隨動局部坐標系中橫向振動的幅值。提出了一種振動控制策略，在對末端執行器和索端張力同時進行反饋後，通過濾波算法分離出系統的大範圍運動和柔索的小幅振動，分別設計子控制器實現系統的大範圍運動控制與柔索的振動抑制。利用樣機對部分分析結果進行了實驗驗。研究期間，在國內外知名刊物上發表或錄用論文16篇，其中英文SCI檢索論文11篇，中文EI檢索3篇。申請發明專利5項，其中受權1項，受理4項，獲得軟體著作權2項。參加國際會議2次。