柔性机械臂由于具有质量轻、工作半径大、高机动性、高负载比和低耗能等突出优点广泛用于航空航天操作机械臂、大跨度工程机械臂等,然而柔性臂在运动过程中会发生明显的弹性振动,严重影响其末端的定位精度。多关节柔性臂之间的强烈振动耦合大大增加了柔性臂刚柔耦合动力学建模难度,厘清柔性臂多点振动信号与振动状态之间的非线性映射关系以及设计多关节柔性臂主动减振控制算法也非常困难。因此深入研究柔性臂刚柔耦合动力学建模、柔性臂的振动状态测量方法以及柔性臂末端减振控制算法对柔性臂末端的振动抑制及精准定位控制有重要的理论意义和工程应用价值。本文对含有刚性转动关节的低频小振幅多自由度柔性机械臂为研究对象,深入研究了多关节柔性机械臂的动力学建模、柔性臂振动状态的实时测量以及柔性臂末端的振动和精准定位等问题。论文的主要研究内容由以下四个方面组成:(1)建立了多关节小幅振动柔性臂刚柔耦合动力学模型。针对多关节柔性臂刚柔耦合动力学建模复杂及计算工作量大的问题,提出了一种适用于多自由度柔性臂刚柔耦合动力学建模的方法,建立了其数学模型,并利用Mathematica软件开发了相应的符号表达式计算程序,最后通过仿真验证了该建模方法的正确性。有效地降低了多关节柔性臂的动力学建模难度,简化了建模计算过程。(2)研制了两自由度低频小振幅刚柔耦合机械臂实验系统。为了便于开展刚柔耦合机械臂的理论和实验研究工作,研制了一个两自由度刚柔耦合机械臂实验系统。通过理论计算和Adams仿真确定了柔性臂的机械结构和尺寸参数,开发了多传感器系统来测量柔性臂的多点振动信号,构建了基于c RIO 9035的嵌入式实时数据采集及控制系统,设计了无刷直流电机关节驱动系统,开发了各个系统之间的接口程序等。通过实验性能测试,表明研制的实验系统可靠、有效,能满足期望的实验性能指标要求。(3)提出了一种低成本的柔性臂振动状态及末端位置实时测量的方法。针对柔性臂振动状态及末端位置测量困难的问题,提出了一种基于Kalman滤波的低成本高精度多传感器数据融合算法,可实时测量出柔性臂各臂段的振动状态和末端位置。通过应变计和加速度计测量柔性臂的多点振动信号,并由弹性力学理论计算出柔性臂关节处的动态弯矩值,根据Kalman滤波原理进行数据融合并对柔性臂振动状态和末端位置进行实时测量。实时振动状态及末端位置测量的结果与理论结果之间的误差为5.5%,表明该测量方法是正确有效的。(4)提出了一种适用于小幅低频振动工况的多关节柔性臂末端同时快速减振与精准定位的双优控制算法。针对多关节柔性臂振动难以抑制及末端位置难以精准控制的问题,提出将柔性臂末端的减振与精准定位控制转化为对虚拟的刚性臂关节角度跟踪控制的方法。设计了基于LQR的最优控制器,可以快速的对柔性臂振动进行抑制,同时能使其末端精准定位在期望的位置上,考虑在有建模误差等情况下,设计了基于LMI的鲁棒最优保性能控制器,实验结果验证了该控制算法的有效性。