5。  全文总结 25

致 谢 26

参 考 文 献 27

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1 绪论

1。1 工程背景及研究意义

柔性机械臂在尖端科技领域的应用非常广泛，其中，在机器人领域的使用尤为重要。如 被应用在国际空间站的遥控机械臂系统(SSRMS)的加拿大机械臂二(Canadarm2)，能够自动移 动到距离毫米的目标上的同时，又能够大范围地实现负载操作以及局部精细操作。作为我国 空间站三大重点技术之一的空间机器人机械臂，受到了我国研究中的极大重视。在 2015 年举 办的世界机器人大会上，全球共同探讨和展示机器人的发展现状和区属，我国也展现出了高 性能大型空间机械臂和地外天体采样机械臂。柔性机械臂比传统刚性机械臂的优化之处在于 更轻质化、高精度化、智能化，简单来说就是质量轻、体积小、能耗低。其应用范围越来越 广，从而可以有更高的响应速度、更低的能耗和更快的工作效率。但随着机器人的应用向着 高速、重载、高精度的方向发展，构件在应用中的弹性变形增大，从而突出了机器人各部件 弹性变形的影响，放大了柔性材料的不足之处。在作业时，柔性机械臂会自身产生振动导致 结果不精确甚至变形等后果，影响工作成效。如何有效抑制柔性结构的弹性振动以提高其定 位精度和作业稳定性成为非常热门的研究课题。目前，含压电材料的刚柔－机电耦合智能复 合材料结构的动力学建模和控制是热点研究方向。为了能够设计出高精度的智能材料结构， 我们对该结构进行准确的动力学建模，研究复合材料的振动特性。在柔性多体动力学领域的 研究中，有效智能控制振动是一个亟待开展和解决的课题。因此，刚柔－机电耦合的智能材 料机械臂的动力学分析和控制具有很高的研究意义。论文网

1。2 研究现状

1。2。1 刚－柔耦合动力学

1。2。2    压电材料及其应用

1。2。3    压电结构的振动主动控制

1。3 本文内容及目的

本文具体内容如下： 第一章为绪论，主要介绍了刚柔－机电耦合智能复合材料机械臂的动力学建模和控制的

研究背景和意义，并简述了刚柔耦合动力学、压电材料、控制方法的研究现状。 第二章为建模理论，运用假设模态法描述了柔性梁变形场，考虑了由横向变形引起的纵

向缩短即二次耦合项，并利用第二类 lagrange 方程对中心刚体-柔性均质梁进行建模，进而推

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导出含压电层的中心刚体-智能复合梁的动力学模型。 第三章为动力学仿真分析，基于第二章的一次近似耦合模型理论用 C 语言编译仿真程序，

并对不同参数和控制下的中心刚体-智能梁系统的振动响应进行对比分析，进而对系统的振动 响应实现了抑制。

第四章为系统振动特性分析，基于第二章的动力学模型推导获得了旋转智能梁系统自由 振动方程，进而分析了系统的动频特性和模态阻尼比，评估了系统振动抑制效果。

第五章为小结，总结了本课题的研究内容、创新及有待改进之处。文献综述

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