• CN:11-2187/TH
  • ISSN:0577-6686

机械工程学报 ›› 2019, Vol. 55 ›› Issue (11): 53-60.doi: 10.3901/JME.2019.11.053

• 特邀专栏:共融机器人 • 上一篇    下一篇

基于索驱动的大型柔性结构振动抑制策略研究

孙海宁1, 唐晓强1,2, 王晓宇3, 崔志伟1, 侯森浩1   

  1. 1. 清华大学机械工程系 北京 100084;
    2. 清华大学精密超精密制造装备及控制北京市重点实验室 北京 100084;
    3. 北京空间飞行器总体设计部 北京 100094
  • 收稿日期:2018-06-13 修回日期:2018-12-28 出版日期:2019-06-05 发布日期:2019-06-05
  • 通讯作者: 唐晓强(通信作者),男,1973年出生,博士,教授,博士研究生导师。主要研究方向为并联机器人。E-mail:tang-xq@mail.tsinghua.edu.cn
  • 作者简介:孙海宁,男,1994年出生,博士研究生。主要研究方向为索驱动并联机器人振动特性。E-mail:sunhn17@mails.tsinghua.edu.cn;王晓宇,女,1981年出生,博士,高级工程师。主要研究方向航天器结构设计与分析,大型空间结构动力学与控制。E-mail:antlb@163.com;崔志伟,男,1989年出生,博士研究生。主要研究方向为索驱动并联机器人刚度特性。E-mail:czw16@mails.tsinghua.edu.cn;侯森浩,男,1992年出生,博士研究生。主要研究方向为索驱动并联机器人力控特性。E-mail:housh16@mails.tsinghua.edu.cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金资助项目(91648107)。

Vibration Suppression of Large Flexible Structure Based on Cable-driven Parallel Robots

SUN Haining1, TANG Xiaoqiang1,2, WANG Xiaoyu3, CUI Zhiwei1, HOU Senhao1   

  1. 1. Institute of Manufacturing Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084;
    2. Beijing Key Lab. of Precision/Ultra-Precision Manufacturing Equipment and Control, Tsinghua University, Beijing 100084;
    3. Beijing Institute of Spacecraft System Engineering, Beijing 100094
  • Received:2018-06-13 Revised:2018-12-28 Online:2019-06-05 Published:2019-06-05

摘要: 柔性索并联机构具有工作空间大、能耗低和惯量小等优点,适用于长距离柔性桁架结构的振动主动抑制。首先提出一种四索驱动的柔性体抑振并联机构,根据闭环矢量原理和机构的几何特征,对四索并联机构进行运动学分析。接着建立四索并联机构的静力学模型,并将超长尺度柔性桁架机构的往复振动简化为梁的弯曲振动,利用振型叠加法求解外部激励作用下的强迫响应。最后针对超长尺度柔性桁架机构的振动抑制问题,提出一种基于模糊控制与PID控制相结合的控制策略,通过仿真验证所提控制策略的有效性。结果表明,所设计的柔索并联抑振系统具有明显的抑振效果,柔性桁架的振幅与振动衰减时间大幅降低,且系统的四索索力值能够在合适范围内变化。

关键词: 大型柔性结构, 模糊PID控制, 索并联机构, 振动抑制

Abstract: With the benefits of large workspace, low energy consumption and small inertia, a flexible cable-driven parallel robot (CDPR) is suitable for vibration suppression of long-size flexible truss mechanism. A flexible cable-driven parallel mechanism used for vibration attenuation of large-size flexible truss is presented. Kinematics and static model of the CDPR is analyzed by principle of closed loop vector and geometric characteristic of mechanism. The long-size flexible truss is simplified as a beam, and the mode superposition method is used to solve the forced response under external excitation. Vibration suppression of the long-size flexible structure with model uncertainties are considered. A control strategy based on fuzzy and PID control scheme is proposed. The simulation results show that the presented system have great affection on the vibration suppression of the long-size flexible truss, whose amplitude and vibration decay time are significantly reduced. In addition, four cable tension values can be changed within a suitable range.

Key words: cable parallel manipulator, fuzzy PID control, large flexible truss mechanism, vibration attenuation

中图分类号: