多刚性连杆串联操作机的快速振动抑制与轨迹跟踪
机器人学
2026-05-19 v1
摘要
柔性操作机械臂(FRM)在轻量化设计和大工作空间方面具有优势，但其结构刚性引起振动，加速疲劳，降低跟踪性能，限制 operational 速度。这些挑战在多连杆串联操作机械臂中进一步放大，因为总长度增大导致结构刚性更大。本文提出一种基于backstepping的输出反馈框架，用于快速抑制n自由度串联柔性操作机械臂(nDSFMR)的振动和末端跟踪。每个连杆-关节建模为Timoshenko梁与ODE耦合，转化为具有边界动力学的标准双曲型PDE。开发基于backstepping的边界控制器，以等效方式在梁上注入分布阻尼，实现快速振动抑制和轨迹跟踪，仅使用可用的边界测量。为实现实时实现和可扩展性，引入DeepONet神经算子来逼近backstepping核函数，显著降低计算成本，便于在不同运行条件下快速控制器更新。实验在两个连杆柔性操作机械臂上进行，结果表明相对于带有前馈控制的线性二次型控制器(LQR)实现更快的振动抑制和末端执行器收敛到 desired 轨迹。
引用
@article{arxiv.2605.17477,
title = {Rapid Vibration Suppression and Trajectory Tracking of a Serial Manipulator with Multi-Flexible Links},
author = {Chengyi Wang and Yilong Huang and Ji Wang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2605.17477},
year = {2026}
}