科學島團隊在輕量化柔性組件機械臂的動態特性分析

日前，中科院合肥研究院等離子體所裝置主機工程研究室遙操作課題組在輕量化柔性組件機械臂的動態特性分析和運動控制研究工作中取得了一定進展。研究成果發表在中科院一區TOP期刊Applied Mathematical Modelling上。

由輕量化材料組成的柔性機械臂具有節能、輕質、體積小、工作空間大、運輸方便、制造成本低等諸多優點，其在聚變裝置維護領域具有很好應用前景。但由于系統組件的剛度較低，柔性機械臂在運動過程中或受到外界干擾時，不可避免的會出現彈性振動，進而降低控制精度和系統穩定性，嚴重時還會造成疲勞破壞，降低工作壽命，因此針對輕量化柔性組件機械臂的動態特性分析和運動控制方面一直也是科研人員的研究重點和難點。

鑒于上述問題，科研人員針對具有欠驅動特性的柔性機械臂在三維空間中的振動抑制與軌跡跟蹤問題，提出了一種基于動力學模型的前饋軌跡規劃和基于擴展狀態觀測器的混合控制策略，同時通過浮動坐標法、模態綜合以及零空間投影等，解決了系統在三維空間中的動力學建模和求解問題。該研究工作中所提出的建模方法可以進一步拓展應用到多組件機械臂系統的動態特性分析，并且所提出的控制策略能夠在存在模型不確定性或外部干擾的情況下，較好的實現彈性振動抑制和軌跡跟蹤控制；同時該研究中提出的方法易于實現，減少了系統中傳感器/儲能器等設備的使用，有效降低了經濟成本，并為后續的柔性維護機械臂的研究和開發提供了理論依據。

上述研究工作得到了聚變堆主機關鍵系統綜合研究設施（CRAFT）項目的資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.apm.2022.05.030

圖：機械臂柔性連桿建模

來源：中國科學院合肥物質科學研究院