冗余度柔性机器人复模态振动主动控制宋轶民】张永新I张策】余跃庆21.夭津大学机械工程学院，天津,3000722.北京工业大学机械工程与应用电子技术学院•北京，100022摘要:研究了具有压电作动器与应变传感器的冗余度柔性机器人的振动主动控制问题；建立了受控系统的状态空间表达式；获得了压电作动器的实际控制电压，并根据连杆中点的应变信号对受控系统的状态进行了近似估计。仿真算例表明，该方法可以显著改善受控系统的动力学性能。关键同：柔性机器人；冗余度；振动主动控制；机敏材料；复模态中图分类号.TP242文章编号：1004—132X(2004)06—0546—04ComplexModeActiveVibrationControlofFlexibleRedundantManipulatorsSongYimin1ZhangYongxin1ZhangCeYuYueqing-1.TianjinUniversity,Tianjin,3000722.BeijingPolytechnicUniversity,Beijing,100022Abstract:Anactivevibrationcontrolmethodologywasinvestigatedforflexibleredundantmanipulatorsfeaturingpiczoccramicactuatorsandstraingagesensors,'「hedynamicequationofmanipulatorsderivedbytheHamiltonprinciplewasdecoupledbyutilizingthecomplexmodetheoryanclthestate-spaceexpressionofthecontrolledsystemwasdeveloped.BasedontheIndependentModalSpaceControltheoryancltheMinimumprinciple,acontinuousLQRstate—feedbackcontrollerwasdesignedancltheactualcontrolvoltageimposedonthepiezoceramicactuatorswascalculated.Moreoverthestateestimateoflhecontrolledsystemwasachievedthroughthestrainsignalsmeasuredatmid—spanlocationsoftheflexiblelinks.Asanillustrativeinstance9(heproposedstrategywasutilizedtocontrolaplanar3Rflexibleredundantmanipulator.Thesimulationresultsrevealthatthedynamicresponseofthesystemwassignificantlysuppressed.Keywords：flexiblemanipulator；redundant；activevibrationcontrol；smartmaterial；complexmode宋轶民副教授o引言近年，冗余度柔性机器人的动力学分析与控制已逐渐成为机器人学一个新兴的硏究方向。为收稿日期：2003-06-05基金项目：国家自然科学基金资助项目(59975001〉；中国博士后科学基金资助项目[3]Yu(；•AndersonRJ.MaekawaT?etal.EfficientSimulationofShellFormingbyLineHeating.Inter-nationalJournalofMechanicalSciences^200143(10)：2349〜2370[4]GeigerM#VollcrscnF.MechanismsofLaserForming.AnnalsoftheCIRP.1993.42(1)：301〜304[5]VollertsenF.ModelforlheTemperatureGradientMechanismofLaserbending・LaserAssistedNetShapedEngineering#1995,3(1):107〜119[6]陈敦军，向毅斌，吴诗懺，等.激光成形工艺方法及其发展前景.热加工工艺，2000(3)：50〜51[7]王新平，孟祥军，余巍，等.水火弯板加热参数对钛合金板材组织和性能的影响.材料开发与应用，[8]实现期望轨迹，文献口〜3］以末端运动误差最小为目标，利用冗余特性规划了柔性机器人的关节自运动与初始位形。冗余减振方法虽然可以改善系统的动力学品质，但却势必影响冗余度柔性机器人的操作性能(如避障等)，故难以适应复杂的工作任务与环境的要求。此外，该方法所规划的关节自运动一般比较复杂，计算量庞大，难以实时2001,16(3)：10〜12[9]MaleAT・C,ChenYW,etal.ProcessingEffectsinPlasmaFormingofSheetMetal.AnnalsoftheC1RP・2000,49(1)：213〜216[10]曹玉璋.传热学.北京：北京航天航空大学出版社.2001(编辑郭伟)作者简介：徐文骥•男，1964年生。大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室副教授、陣士。研究方向为先进制造技术。发表论文20余篇。曲洪伟•男.1978年生。大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室硕士研究生。方建成，男.1965年生。华侨大学副教授、博士。王涛•男.1977年生。大连理工大学梢密与特种加工教育部重点实验室博士研究生。周锦进，男.1936年生。大连理工大学精密与持种加工教育部重点实验室教授、博士研究生导师。控制，且算法稳定性较差。文献[4]采用基于机敏材料的振动主动控制方法抑制冗余度柔性机器人的弹性动力响应。这种方法具有修正设计...