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柔顺机构动力学分析与综合的综述报告 柔顺机构是指设计出来的一种形似弯曲柔软的机器结构,能够在其弯曲的过程中发生自身变形,实现一些特定的功能。由于其独特的形态设计,柔顺机构在工业制造、水下操纵、医疗治疗等领域中有广泛的应用,但机械结构的复杂性和非线性行为使得柔顺机构的力学分析和控制变得十分困难。因此,对柔顺机构的动力学分析和综合控制的研究,具有重要的理论和实践意义。 柔顺机构的动力学分析涉及到机械中的杆件运动学和动力学的计算,通常包括运动学、静力学和动力学分析。在运动学分析中,需要确定机械各部分的位置、速度和加速度,以便建立其运动学模型。在静力学分析中,需要计算机械各部分的受力与变形,并判断其是否会发生失稳现象。在动力学分析中,需要对机械在运动中的惯性作用进行计算,并确定其在外部力作用下的运动规律。 综合控制方面的需求,则是为了实现柔顺机构的精确控制。为了解决控制问题,需要对机械的动力学进行建模和仿真,进行控制算法的设计和实现。在控制算法方面,传统的PID控制算法已经不能满足柔顺机构的控制需求,当前越来越多地使用基于优化算法如LQR控制、H-∞控制、模糊控制等。 对于柔顺机器的设计和分析可以从以下几方面进行: -结构设计:相关的结构设计包括材质的选择、机械系统的组件、传动机构的设计、连杆的长度与弯曲角度的优化等等,如果柔顺机械的构造能够被设计为超定构造,其柔性与可编程性在气动等非接触型静力学接轨的领域会有显著改进。 -建模与仿真:柔顺机械的动力学模型涉及多个方面,因此可以有多种建模方法。其中,有很多通过有限元分析、符号法及类电气映射、弹性机械模型及粘弹性模型来实现。同时建模过程还可以通过奇异性分析、蒙特卡罗分析、基于干扰鲁棒的方法来增加其精度和可靠性。 -控制方法:柔顺机械的控制方法和传统机器的控制算法不同。传统控制算法对于柔顺机械提出了严峻的挑战。建立控制模型,采用LQR、H-infinity控制算法等,依靠现代数学和控制理论的方法来解决柔顺机械的控制需求。在控制方法方面,还有模糊PID、自适应控制、神经网络等控制方法,可对控制算法进行改进。 总之,柔顺机械具有广泛的实际应用,但机械结构的复杂性和非线性行为使得其动力学分析和综合控制变得十分困难。在未来,研究者可以继续研究柔顺机械的动力学行为,在控制方法方面实现控制变量的精确控制,在医疗操纵、工业制造等领域的应用得到进一步的推广。