中文摘要：

以空间柔性机器人为研究对象，针对其高度耦合非线性特征，积极探索利用非线性机理改善动态性能的方法和途径。突破原有研究中视内共振有害的观点束缚而反其道行之，提出一种旨在构建内部能量交换与衰减机制的内共振耗能减振新思路。从改进动力学结构入手，将磁流变技术、内共振与振动控制三者有机结合起来，提出一种基于可控频率/阻尼力的新型半主动式内共振耗能减振方法。重点研究计入可控频率/阻尼力特性的空间柔性机器人非线性动力学建模、基于变频率变阻尼力的空间柔性机器人内共振耗能减振机理、可控频率/阻尼力吸振器的控制模型建立与研制、基于内共振与磁流变技术的空间柔性机器人动态性能优化等关键内容。研究成果旨在减振机理与方法上有所创新，为空间柔性机器人的动态性能研究提供一种新的思路和参考，为基于内共振与磁流变技术的空间柔性机器人工作性能改善提供一套较为系统的理论方法与实施方案，为推动空间柔性机器人的技术进步做出贡献。

结论摘要：

本项研究将可控频率/阻尼力吸振器与柔性机器人有机结合起来，充分考虑空间柔性机器人的大柔性大尺度的结构特点以及大范围的整体运动特征，计入可控频率/阻尼力的动力学特性以及柔性变形引起的几何非线性效应，应用柔性多体系统动力学、模态理论、矢量物理参数，构建具有可控频率/阻尼力吸振器的柔性机器人的非线性动力学模型。基于柔性机器人与吸振器的非线性动力学模型，以柔性机器人的第一阶模态作为被控模态，建立了被控模态与吸振器模态的无量纲化非线性耦合方程组，提炼出满足内共振的1:2频率关系。基于被控模态与吸振器模态的摄动解，研究1:2情况下的可解条件。揭示了被控模态能量与吸振器模态能量之间的交换关系取决于一个十分重要的参数，这里称之为“内共振系数”。由此得出重要结论——产生内共振的充要条件为内共振系数大于零。在此基础上，从内共振系数出发，提出了通过优化内共振系数以强化内共振能量交换的方法。针对具有吸振器的柔性机器人动力学方程中存在的惯性耦合，研究了被控模态与吸振器模态的近似解析解。由于惯性耦合的存在，被控模态的振动响应不仅与自身阻尼有关还与吸振器的阻尼直接相关。借助这种阻尼耦合，能够把吸振器的阻尼“映射”到被控模态中，从而增加被控模态的阻尼，这里称之为“阻尼强化效应”。在这种情况下，处于内共振状态的被控模态的振动能量能够在这种阻尼强化效应作用下进一步加快耗散。这种频率耦合与阻尼耦合新特性的发现，进一步丰富了内共振机理的内涵。针对带有磁流变吸振器的柔性机械臂，提出了一种基于内共振的减振方法，取得了良好的减振效果。利用磁流变吸振器，针对柔性机器人冲击振动开展了基于内共振的减振研究，取得了良好的减振效果。在此基础上，制备了磁流变弹性体，研制了磁流变吸振器，建立了磁流变吸振器的频率控制模型。研制了具有磁流变弹性体和磁流变液的滑轨式吸振器，设计了滑轨式吸振器的控制系统，搭建了柔性机械臂减振试验平台，提出了基于内共振的减振方法，开展了减振试验研究。研究成果证实了内共振耗能减振方法的可行性和工程应用价值。