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随着机器人领域的不断发展,全柔性机械手臂凭借其结构简单、灵活性好、负载自重比高等优点,正在成为国内外科研机构和学者研究的一个重要研究对象。但因其结构特性所致,全柔性机械臂在运动过程中,通常会出现振动幅度大、定位时间长等问题。 在广泛调研国内外全柔性机械手臂运动控制效果的基础上,以搭建一类连续体杆件结构全柔性果蔬采摘机械手臂控制系统为例,针对大挠度杆件机械手臂的振动抑制方法开展机理性研究,通过建模仿真与实验测试相结合的方式分析机构配合、电机响应、运动学参数影响之间的关系,以此为基础构建柔性机械手臂控制系统模型,明确优化对象和目标的控制函数;基于控制函数模型,设计优化改进方法,开展集运动控制和振动抑制研究为一体的高效运动控制方法的研究。主要的研究工作与成果如下: (1)针对四杆柔性机械手臂在运行过程中出现的末端振动剧烈的问题,将柔性臂的机构部分视为一个整体研究对象,探寻固有频率和末端振动之间的关系,测定关键控制参数用于振动抑制并用以指导新控制系统的构建和优化。 (2)对机械手臂的运动过程进行规划。对比主流控制策略,研究系统的位移、速度、加速度等动力学参数之间的关系,结合控制算法和动力学参数,提出一种改进型的S曲线控制策略,实现柔性机械手臂的振动消除和运动规划。 (3)控制系统电路结构硬件设计。为解决柔性臂在运行过程中出现的响应速度慢、过程误差大等问题,以直线滑台作为传动机构,伺服电机作为动力源,搭配高性能运动控制卡和高精度驱动器,配合光电传感器等元件搭建控制电路。 (4)研发控制系统操作软件。以LabVIEW语言作为开发环境,采用模块化的设计思路,将系统分为人机交互模块、参数设置模块、运行执行模块、状态显示模块、报表分析模块。模块化的思路使得系统结构清晰,易维护、升级、拓展。 (5)全柔性果蔬采摘机械手臂控制系统性能测试。对搭建完成的控制系统各部分功能分别进行测试。实验结果表明,系统可以良好的实现预期功能,系统运行可靠稳定,系统的最高精度可达0.01mm,在运行速度为900mm/s-1500mm/s时,手臂末端振动幅度在1mm以内,系统的稳定时间在1.8s以内,同时,系统整体运动过程最大振动幅度不超过2mm,优化效果十分明显。 此项研究,将为大挠度机构的振动抑制与运动控制研究提供新思路和新方法,具有重要的理论价值和长远的现实利益。