机械工程学报

作者：商德勇, 黄云山, 黄欣怡, 潘崭

单位：1. 中国矿业大学(北京)机械与电气工程学院 北京 100083;2. 中国矿业大学(北京)智慧矿山与机器人研究院 北京 100083;3. 煤矿智能化与机器人创新应用应急管理部重点实验室 北京 100083

关键词：并联机器人,刚柔耦合,假设模态法,Kane方法,奇异摄动；

基金：国家自然科学基金面上项目(52174154)和国家自然基金创新研究群体项目(52121003)资助项目。

在高速运动中，Delta并联机器人杆件发生的弹性变形和振动对运动性能的影响不可忽略。针对有限元法离散柔性杆时出现方程维度高且难以适用于主动控制的问题，通过假设模态法和Kane方法，对Delta刚柔耦合并联机器人进行动力学建模。通过添加闭链刚柔耦合系统运动学位置、速度、加速度约束方程，建立了闭链形式的Delta并联机器人的刚柔耦合动力学方程。针对Delta并联机器人刚柔耦合动力学模型复杂度高的问题，利用奇异摄动法，将刚柔耦合动力学模型依据时间尺度分解为快变和慢变两个子系统。为避免扰动的影响并保证收敛性，针对慢变系统设计了非奇异终端滑模控制器；为抑制弹性振动对运动的影响，针对快变系统设计了LQR最优控制器，并将两个子系统的控制器合并为刚柔耦合系统的非线性混合控制器。仿真对比实验证明，所设计的混合控制器不仅保持了更高精度的轨迹跟踪，而且实现了明显的振动抑制效果，为Delta刚柔耦合并联机器人的主动跟踪控制和振动抑制提供了新思路。

来源：2024年第5期

《机械工程学报》期刊编辑部

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