● 摘要
随着世界航天技术的发展，越来越多轻质、高效的柔性机器人应用到航天领域。然而柔性机器人运动时振动大、末端难以精确定位。针对柔性机器人大幅非线性振动，本文利用可控局部自由度和柔性机械臂之间的非线性耦合来优化机器人的动态性能，实现低阶振动的控制。主要研究内容如下：
1．考虑柔性机械臂的弹性变形，引入PD控制局部自由度的运动，采用Kane方法建立可控局部自由度柔性机器人的非线性动力学方程。分析方程中的耦合项和非线性项，提出了基于内共振的可控局部自由度减振器。
2．利用多尺度法寻求非线性微分方程的近似解析解，分析可控局部自由度的结构参数和控制参数对机械臂振动的影响。数值仿真表明基于可控局部自由度的减振方法能够在吸振器和柔性机器人之间搭建能量交换的通道，并利用吸振器的阻尼耗散柔性机器人的振动能量。
3．基于ANSYS和ADAMS进行动力学联合仿真。首先在ANSYS中生成柔性体的模态中性文件，将该文件导入ADAMS中，建立了可控局部自由度柔性机器人的刚柔耦合动力学模型。利用ADAMS自带的控制模块实现减振器驱动力矩的PD控制，虚拟样机的仿真结果进一步证明了数值仿真结果的正确性。
4．开展可控局部自由度柔性机器人实验研究。开发单柔性机械臂的实验平台。在此基础上，进行上述理论工作的实验研究。主要内容包括：理论模型验证、动态特性优化和控制策略研究等。