一种柔性机器人操作臂弹性振动主动控制装置及方法制造方法及图纸

一种柔性机器人操作臂弹性振动主动控制装置及其方法，位移传感器用于测量定位基座位移信号并连接到数据采集卡上继而传送至振动估计器，振动估计器用于对接收到的位移信号进行处理，并将处理结果发送给压电陶瓷电压控制器，压电陶瓷电压控制器用于控制压电陶瓷电源的电压输出；在靠近柔性操作臂根部安装有压电陶瓷制动系统Ⅰ，在柔性操作臂另一侧与压电陶瓷制动系统Ⅰ相同位置安装有压电陶瓷制动系统Ⅱ，所述压电陶瓷制动系统Ⅰ接压电陶瓷驱动电源通道Ⅱ，压电陶瓷制动系统Ⅱ接压电陶瓷驱动电源通道Ⅰ。本发明专利技术基于系统模型对柔性操作臂弹性振动进行有效估计，利用机构本身的限制作用对柔性操作臂弹性振动起到一定的控制作用，结构简单，成本低。 1

Flexible vibration active control device and method for flexible robot manipulator

An active control device for flexible vibration of a flexible robot manipulator and its method. The displacement sensor is used to measure the positioning base displacement signal and connect to the data acquisition card and then transferred to the vibration estimator. The vibration estimator is used to process the received displacement signal and send the processing results to the piezoelectric ceramic voltage. A piezoelectric ceramic voltage controller is used to control the voltage output of a piezoelectric ceramic power supply. A piezoelectric ceramic brake system is installed at the root of the flexible manipulator. The piezoelectric ceramic brake system is installed at the same position on the other side of the flexible manipulator with the piezoceramic brake system I, and the piezoelectric ceramic brake system I described. Piezoelectric ceramic driving power supply channel II, piezoelectric ceramic brake system II piezoelectric ceramic drive power supply channel 1. Based on the system model, the flexible vibration of the flexible manipulator is estimated effectively, and the flexible vibration of the flexible manipulator is controlled by the restriction of the mechanism itself, and the structure is simple and the cost is low. One

【技术实现步骤摘要】
一种柔性机器人操作臂弹性振动主动控制装置及方法
本专利技术涉及机器人自动控制
，具体涉及一种柔性机器人操作臂弹性振动主动控制装置及方法。
技术介绍
直角坐标机器人在工业上有非常广泛的应用，比如在表面组装工艺(SMT)中，所用的锡膏印刷机、芯片搬运机、点胶机等都是直角坐标机器人的形式。随着现代工业生产向高速、高集成度方向的发展，对直角坐标机器人操作臂提出了更高的要求，传统的刚性操作臂已不能适应上述发展要求。与刚性操作臂相比，柔性操作臂具有耗能低、速度快、负载大等优点，获得了越来越多的关注。但是柔性操作臂由于本身低刚度、大挠度的结构特性，在运动过程中极易产生弹性振动，严重影响整体系统的运动精度和效率；因此为了实现柔性操作臂在工业上的有效运用首先需要对其弹性振动进行控制。为了实现对柔性操作臂弹性振动的主动控制，首先需要获得柔性操作臂的弹性振动信号。现有研究中比较常用的传感器有压电传感器、应变片、加速度传感器、激光位移传感器等。如中国专利CN201110301802.2公开了一种三自由度柔性机械臂控制装置与方法，该专利中即采用加速度传感器和压电片传感器检测柔性操作臂的弹性振动，但是利用这类粘贴型传感器会影响柔性操作臂本身的稳定性(相关研究内容可参考：BarunPratiher，NonlineardynamicanalysisofaCartesianmanipulatorcarryinganendeffectorplacedatanintermediateposition，NonlinearDynamics，2011)，对后期控制器设计不利；而采用激光位移传感器则会极大地提高系统整机成本，并且会使系统结构变得复杂。此外，当压电传感器、应变片、加速度传感器、激光位移传感器这类物理传感器出现故障时，会造成整机的意外停机，降低系统的可靠性。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供柔性机器人操作臂弹性振动主动控制装置及方法，避免使用物理传感器对柔性操作臂弹性振动进行测量，实现对柔性操作臂弹性振动的有效估计，并据此进行控制，最终达到对柔性操作臂弹性振动的有效主动控制，同时降低整机成本，提高系统的稳定性和可靠性。为了实现上述目的，本专利技术提供一种柔性机器人操作臂弹性振动主动控制装置，包括数据采集卡，定位基座，以及固定在定位基座上的柔性操作臂；还包括位移传感器、振动估计器、压电陶瓷电压控制器和压电陶瓷驱动电源；其中，位移传感器用于测量定位基座位移信号并连接到数据采集卡上继而传送至振动估计器，振动估计器用于对接收到的位移信号进行处理，并将处理结果发送给压电陶瓷电压控制器，压电陶瓷电压控制器用于控制压电陶瓷电源的电压输出；在靠近柔性操作臂根部安装有压电陶瓷制动系统Ⅰ，在柔性操作臂另一侧与压电陶瓷制动系统Ⅰ相同位置安装有压电陶瓷制动系统Ⅱ，所述压电陶瓷制动系统Ⅰ接压电陶瓷驱动电源通道Ⅱ，压电陶瓷制动系统Ⅱ接压电陶瓷驱动电源通道Ⅰ。进一步，所述压电陶瓷制动系统Ⅰ由固定板Ⅰ、固定板Ⅱ和压电陶瓷叠层制动器Ⅰ构成，所述固定板Ⅰ与固定板Ⅱ分别粘贴在压电陶瓷叠层制动器Ⅰ两端，所述压电陶瓷叠层制动器Ⅰ接压电陶瓷驱动电源通道Ⅱ。进一步，所述压电陶瓷制动系统Ⅱ由固定板Ⅲ、固定板Ⅳ和压电陶瓷叠层制动器Ⅱ构成，所述固定板Ⅲ与固定板Ⅳ分别粘贴在压电陶瓷叠层制动器Ⅱ两端，所述压电陶瓷叠层制动器Ⅱ接压电陶瓷驱动电源通道Ⅰ。优选地，柔性操作臂通过螺栓、焊接或夹具固定在定位基座上。优选地，位移传感器为为光栅尺。一种柔性机器人操作臂弹性振动主动控制方法，包括以下步骤：S1：位移传感器测得定位基座的位移信号，并定义定位基座沿着压电陶瓷制动系统Ⅰ向压电陶瓷制动系统Ⅱ移动的方向为正方向，此时定位基座的位移信号为正，反之，位移信号为负，通过数据采集卡采集定位基座的位移信号；S2：构建振动估计器，具体步骤如下：a.根据定位基座的运动特性建立柔性操作臂动力学模型；结合定位基座的运动参数，利用能量法建立柔性操作臂的动力学模型，得到定位基座运动参量与柔性操作臂振动模态之间的关系；b.构建柔性操作臂的弹性振动估计器；利用步骤a中建立的柔性操作臂的动力学模型，基于杜哈美积分，构建柔性操作臂弹性振动估计器；所述振动估计器的输入为：定位基座的位移信号；输出为：柔性操作臂的弹性振动位移；S3：将数据采集卡收集的定位基座位移信号传送至步骤S2中构建的振动估计器中，获得柔性操作臂的弹性振动位移信号；S4：振动估计器将输出的柔性操作臂弹性振动位移信号传送至压电陶瓷电压控制器，压电陶瓷电压控制器发出控制指令给压电陶瓷驱动电源控制其通道1还是通道2输出电压，或是不输出电压。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1)无需利用物理传感器对柔性操作臂弹性振动进行测量，基于系统模型对柔性操作臂弹性振动进行有效估计，利用机构本身的限制作用对柔性操作臂弹性振动起到一定的控制作用；2)本专利技术简化了整机结构，避免了昂贵振动传感器的使用，降低了生产成本，并且可有效提高系统可靠性。附图说明图1为本专利技术原理示意图；图2为图1局放大结构示意图；图3为本专利技术定位基座和柔性操作臂的立体结构示意图。图中：1.定位基座，2.柔性操作臂，3.位移传感器，4.数据采集卡，5.振动估计器，6.压电陶瓷电压控制器，7.压电陶瓷驱动电源，8.压电陶瓷制动系统Ⅰ，8-1.固定板Ⅰ，8-2.压电陶瓷叠层制动器Ⅰ，8-3.固定板Ⅱ，9.压电陶瓷制动系统Ⅱ，9-1.固定板Ⅲ，9-2.压电陶瓷叠层制动器Ⅱ，9-3.固定板Ⅳ，10.伺服电机，11.联轴器，12.定位基座。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明。如图1所示，一种柔性机器人操作臂弹性振动主动控制装置，包括定位基座1、柔性操作臂2、位移传感器3、数据采集卡4、振动估计器5、压电陶瓷电压控制器6和压电陶瓷驱动电源7；所述柔性操作臂2固定在定位基座1上；所述位移传感器3用于测量定位基座1位移信号，并将位移信号传送至数据采集卡4，数据采集卡4将收到位移信号再传送至振动估计器5，振动估计器5对接收到的位移信号进行处理，并将处理结果发送给压电陶瓷电压控制器6，压电陶瓷电压控制器6根据接收到的位移信号控制压电陶瓷电源7通道1、通道2的电压输出，或是无电压输出；在靠近柔性操作臂2根部粘贴有压电陶瓷制动系统Ⅰ8，在柔性操作臂2另一侧与压电陶瓷制动系统Ⅰ8相同位置粘贴有压电陶瓷制动系统Ⅱ9，所述压电陶瓷驱动电源7通道Ⅱ和通道Ⅰ分别连接压电陶瓷制动系统Ⅰ8和压电陶瓷制动系统Ⅱ9。作为本专利技术对上述技术方案的改进，所述压电陶瓷制动系统Ⅰ8由固定板Ⅰ8-1、固定板Ⅱ8-3和压电陶瓷叠层制动器Ⅰ8-2构成，其中，固定板Ⅰ8-1与固定板Ⅱ8-3分别粘贴在压电陶瓷叠层制动器Ⅰ8-2两端，压电陶瓷叠层制动器Ⅰ8-2接压电陶瓷驱动电源7通道Ⅱ，所述固定板Ⅰ8-1和固定板Ⅱ8-3用于固定压电陶瓷叠层制动器Ⅰ8-2，防止其晃动。作为本专利技术对上述技术方案的进一步改进，所述压电陶瓷制动系统Ⅱ9由固定板Ⅲ9-1、固定板Ⅳ9-3和压电陶瓷叠层制动器Ⅱ9-2构成，所述固定板Ⅲ9-1与固定板Ⅳ9-3分别粘贴在压电陶瓷叠层制动器Ⅱ9-2两端，所述压电陶瓷叠层制动器Ⅱ9-2接压电陶瓷驱动电源7通道Ⅰ，所述固定板Ⅲ9-1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性机器人操作臂弹性振动主动控制装置，包括压电陶瓷驱动电源(7)，压电陶

【技术特征摘要】
1.一种柔性机器人操作臂弹性振动主动控制装置，包括压电陶瓷驱动电源(7)，压电陶瓷电压控制器(6)，数据采集卡(4)，定位基座(1)，以及固定在定位基座(1)上的柔性操作臂(2)；其特征在于，还包括位移传感器(3)和振动估计器(5)；其中，位移传感器(3)用于测量定位基座(1)位移信号并连接到数据采集卡(4)上继而传送至振动估计器(5)，振动估计器(5)用于对接收到的位移信号进行处理，并将处理结果发送给压电陶瓷电压控制器(6)，压电陶瓷电压控制器(6)用于控制压电陶瓷电源(7)的电压输出；在靠近柔性操作臂(2)根部安装有压电陶瓷制动系统Ⅰ(8)，在柔性操作臂(2)另一侧与压电陶瓷制动系统Ⅰ(8)相同位置安装有压电陶瓷制动系统Ⅱ(9)，所述压电陶瓷制动系统Ⅰ(8)接压电陶瓷驱动电源(7)通道Ⅱ，压电陶瓷制动系统Ⅱ(9)接压电陶瓷驱动电源(7)通道Ⅰ。2.根据权利要求1所述的一种柔性机器人操作臂弹性振动主动控制装置，其特征在于，所述压电陶瓷制动系统Ⅰ(8)由固定板Ⅰ(8-1)、固定板Ⅱ(8-3)和压电陶瓷叠层制动器Ⅰ(8-2)构成，所述固定板Ⅰ(8-1)与固定板Ⅱ(8-3)分别粘贴在压电陶瓷叠层制动器Ⅰ(8-2)两端，所述压电陶瓷叠层制动器Ⅰ(8-2)接压电陶瓷驱动电源(7)通道Ⅱ。3.根据权利要求1或2所述的一种柔性机器人操作臂弹性振动主动控制装置，其特征在于，所述压电陶瓷制动系统Ⅱ(9)由固定板Ⅲ(9-1)、固定板Ⅳ(9-3)和压电陶瓷叠层制动器Ⅱ(9-2)构成，所述固定板Ⅲ(9-1)与固定板Ⅳ(9-3)分别粘贴在压电陶瓷叠层制动器Ⅱ(9-2)两端，所述压电陶瓷叠层制动器Ⅱ(9-2)接压电陶瓷驱...

【专利技术属性】
技术研发人员：李威，鞠锦勇，王禹桥，杨雪锋，范孟豹，许少毅，路恩，盛连超，王承涛，陈宇鸣，夏婷，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32