余臻 郭毓 姚伟

摘要： 针对一类悬臂式柔性机械臂系统旋转运动过程中的振动抑制问题，首先利用拉格朗日法进行系统动力学建模;然后从频谱分析的角度出发，提出了基于刚度控制区主频定位和阻尼控制区较小幅值两个原则的路径规划设计思路;再通过分析系统的刚柔耦合特性，提出了基于上述原则的路径参数选择方法;最后，基于Quanser Rotary Flexible Link实验系统，以经典Bang-Coast-Bang型路径为例，进行了优化参数的选择。理论分析及实验结果表明，所提路径规划设计思路是有效的，且使用所提方法选择路径参数，可有效减小旋转运动激发的柔性振动，所提思路对柔性结构旋转机动路径规划具有指导意义。

关键词： 振动抑制; 柔性机械臂; 频谱分析; 旋转运动; 路径规划

中图分类号： TB535; O313.7; TP241  文献标志码： A  文章编号： 1004-4523（2020）04-0717-007

DOI：10.16385/j.cnki.issn.1004-4523.2020.04.009

引 言

在现代机器人及航天工程等领域，柔性机械臂以其质量轻、灵活性好以及效率高等优势得到了广泛应用。常见的柔性机械臂系统通常由柔性悬臂梁以及末端驱动电机组成，可进行水平旋转运动。根据特定任务要求，在操作过程中常需要进行大角度Rest-to-Rest旋转快速运动快速稳定，即初始和期望角速度均为零。由于柔性机械臂模态阻尼较小，快速旋转运动易激发不期望的柔性振动，从而对系统性能产生不利的影响，持续的振动甚至会导致结构的疲劳损坏，因此，针对柔性机械臂结构的振动抑制研究具有重要的理论与应用意义。

在柔性机械臂Rest-to-Rest旋转运动控制中，参考输入若为阶跃信号，则初始阶段较大的误差会引起驱动电机的强烈动作，从而导致超调以及激发柔性臂的强烈振动。……