日前，中科院合肥研究院等離子體所裝置主機(jī)工程研究室遙操作課題組在輕量化柔性組件機(jī)械臂的動(dòng)態(tài)特性分析和運(yùn)動(dòng)控制研究工作中取得了一定進(jìn)展。研究成果發(fā)表在中科院一區(qū)TOP期刊Applied Mathematical Modelling上。

　　由輕量化材料組成的柔性機(jī)械臂具有節(jié)能、輕質(zhì)、體積小、工作空間大、運(yùn)輸方便、制造成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)，其在聚變裝置維護(hù)領(lǐng)域具有很好應(yīng)用前景。但由于系統(tǒng)組件的剛度較低，柔性機(jī)械臂在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中或受到外界干擾時(shí)，不可避免的會(huì)出現(xiàn)彈性振動(dòng)，進(jìn)而降低控制精度和系統(tǒng)穩(wěn)定性，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成疲勞破壞，降低工作壽命，因此針對(duì)輕量化柔性組件機(jī)械臂的動(dòng)態(tài)特性分析和運(yùn)動(dòng)控制方面一直也是科研人員的研究重點(diǎn)和難點(diǎn)。

　　鑒于上述問(wèn)題，科研人員針對(duì)具有欠驅(qū)動(dòng)特性的柔性機(jī)械臂在三維空間中的振動(dòng)抑制與軌跡跟蹤問(wèn)題，提出了一種基于動(dòng)力學(xué)模型的前饋軌跡規(guī)劃和基于擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)觀(guān)測(cè)器的混合控制策略，同時(shí)通過(guò)浮動(dòng)坐標(biāo)法、模態(tài)綜合以及零空間投影等，解決了系統(tǒng)在三維空間中的動(dòng)力學(xué)建模和求解問(wèn)題。該研究工作中所提出的建模方法可以進(jìn)一步拓展應(yīng)用到多組件機(jī)械臂系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)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(shí)現(xiàn)彈性振動(dòng)抑制和軌跡跟蹤控制；同時(shí)該研究中提出的方法易于實(shí)現(xiàn)，減少了系統(tǒng)中傳感器/儲(chǔ)能器等設(shè)備的使用，有效降低了經(jīng)濟(jì)成本，并為后續(xù)的柔性維護(hù)機(jī)械臂的研究和開(kāi)發(fā)提供了理論依據(jù)。

　　上述研究工作得到了聚變堆主機(jī)關(guān)鍵系統(tǒng)綜合研究設(shè)施（CRAFT）項(xiàng)目的資助。

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

圖：機(jī)械臂柔性連桿建模