摘要：针对设计的高枝修剪机械臂定位过程易产生振动,难以快速、准确地将待修树枝对入锯切口的问题,分析大臂展、高负载自重比臂架系统的柔性特征,在此基础上研究末端修枝锯的抑振控制方法,实现末端修枝锯的快速精准定位。首先介绍了高枝修剪机械臂结构和工作原理,分析了臂架系统的柔性特征对末端修枝锯定位产生的影响;其次通过结构关系推导和有限元方法建立了机械臂的数学模型并进行动力学分析,并设计基于改进粒子群离线优化的模糊PID控制方法,实现了对末端修枝锯的主动抑振控制;最后分别在Simulink环境中和样机系统上进行了数值仿真和试验验证。综合仿真和试验结果表明：该文设计的控制方法可以实现末端修枝锯的主动抑振,定位过程中修枝锯能够在短时间内进入稳态,超调量不足开环状态下的50%,震荡调整时间小于1 s,经1 s后振幅衰减至峰值的5%以下,从而达到了较好的末端抑振效果,改善了修枝锯的定位性能,提高了高枝修剪机械臂的作业效率。相关研究可为其他具有一定相似柔性特征的机械提供末端抑振和精准定位的控制经验参考。

关键词：机械臂 林业 振动控制 振动抑制 柔性特征 

单位：山东农业大学机械与电子工程学院; 泰安271018; 山东省园艺机械与装备重点实验室; 泰安271018; 山东科技大学资源与土木工程系; 泰安271019