When a flexible mechanical system moves, the motion excites the vibrational modes of the system. The performance of a precise system is limited by the vibration. In this study, time-varying impulse shaping method is presented to reduce the motion-induced vibration for time-varying mechanical systems in a feedforward way.
Firstly, an approximation method is studied to compute decoupled modal responses in a linear time-varying structure. A stream of time-varying impulse sequence can be obtained by finding the modal responses vanished. Then, the reference inputs are shaped by being convoluted with the time-varying impulse sequence so that the multi-mode vibration is suppressed during and after a motion. This time-varying impulse shaping method is very robust to modeling error, and applicable to nonlinear multibody systems through linearization.
An experimental two-link flexible manipulator system has been built and tested to demonstrate the effectiveness of this shaping method on the vibration suppression. The setup can perform a vertical planar motion, and exhibits time-varying modal properties due to its time-dependent configuration. Some experiments have been successfully conducted in showing the effectiveness and superiority of the proposed method. Consequently, it is believed that this time-varying impulse shaping method provides excellent vibration reduction in broader classes of flexible systems.
유연한 기계장치가 이동할 때 그 운동은 계의 진동모드를 가진하며, 이 때 발생하는 진동은 정밀한 위치제어가 요구되는 장치의 성능을 제한하게 된다. 본 연구에서는 시변계에서 운동에 의해 야기되는 진동을 감소하기 위하여 시변 임펄스 형상화 방법을 제시한다.
먼저 선형시변 구조물에서 독립된 각 진동모우드의 응답을 근사화하는 방법을 연구한다. 이 근사화 방법에 기초하여 임의의 시변 임펄스 열에 대한 응답을 구하고, 이 때 각 모우드의 응답을 없애도록 하는 임펄스 열을 구성할 수 있다. 그리고 계에 가해지는 기준 입력들은 운동 중 및 운동 후에 진동이 발생하지 않도록 시변 임펄스 열에 컨벌루우션됨으로써 형상화된다. 이러한 시변 임펄스 형상화 방법은 모델링 오차에 매우 강인하며, 비선형 다물체 계에도 선형화작업을 통하여 적용할 수 있다.
본 형상화 방법의 진동 감소 효과를 검증하기 위하여, 두 개의 유연한 링크로 구성된 실험적인 로봇 조작기가 제작되었고 실험이 이루어졌다. 이 실험장치는 수직 평면 운동을 수행할 수 있고, 시간에 따라 구조물의 형상이 변하기 때문에 시변 모달 변수를 갖게 된다. 본 연구에서 제안하는 방법의 효과와 우수성을 검증하는 실험들이 성공적으로 수행되었다. 결론적으로 본 논문에서 제안하는 시변 임펄스 형상화 방법은 광범위한 종류의 유연계에 있어 우수한 진동 감소 효과를 제공할 수 있다.
