相对于刚性机械臂,柔性机械臂系统是非常复杂的动力学系统,由于其结构的柔性而带来的非线性、强耦合性,以及执行过程中的振动问题,使得对实现柔性机械臂的高精度控制提出更高要求。目前绝大多数的研究集中在对柔性机械臂控制规律上,主要是将其作为均匀梁进行研究,很少涉及到对柔性机械臂本身结构的研究以及结构对控制效果的影响。本文介绍了柔性机械臂结构和振动控制并行研究的概况,以单连杆柔性机械臂为研究对象,首先,应用模态分析法和基于拉格朗日方程的动力学方法,分析了柔性悬臂梁横向振动的动力学特性,建立了柔性机械臂的动力学模型和控制系统模型,并且设计了其控制系统,进而针对此类变截面柔性悬臂梁很难求得其动力学特性精确解的问题,提出了将变截面柔性悬臂梁模型单元离散化,并结合有限元方法和控制理论,针对单连杆柔性机械臂系统,提出采用同时设计的方法,将结构动力学模型和控制模型进行并行设计,对包含柔性机械臂结构参数、传感器参数和控制器参数的系统模型进行整体优化设计,改进的遗传算法用于参数的全局寻优。仿真结果显示,通过对结构和控制参数的多目标优化设计,获得的单连杆柔性机械臂为变截面梁,其结构振动和控制效果均优于单独考虑结构或控制时的优化结果,并且仅采用简单的控制器达到减小梁末端振动的效果。