两自由度柔性臂振动检测控制装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种两自由度柔性臂振动检测控制装置及方法，所述装置包括第一柔性臂、第二柔性臂、第三柔性臂、第四柔性臂、第一转动机构、第二转动机构、直线移动机构和控制组件；第二柔性臂的第一端与第三柔性臂的第一端固定连接，且一起设置在直线移动机构上，第一柔性臂的第一端通过第一转动机构与第二柔性臂的第二端转动连接，第四柔性臂的第一端通过第二转动机构与第三柔性臂的第二端转动连接，第一柔性臂、第二柔性臂、第三柔性臂和第四柔性臂上均设有压电传感器和加速度传感器，且第二柔性臂和第三柔性臂上设有压电驱动器。本发明专利技术有效地消除了其它不可控因素对于振动控制效果的影响，同时有利于提高检测精度。

【技术实现步骤摘要】
两自由度柔性臂振动检测控制装置及方法
本专利技术涉及一种振动检测控制装置，尤其是一种两自由度柔性臂振动检测控制装置及方法，属于柔性结构的运动和振动控制领域。
技术介绍
柔性结构在机器人系统及工业生产领域应用广泛，相对于刚性结构，具有质量轻、能耗低、效率高、操作灵活等优点，但柔性结构的固有频率低，低频模态振动易被激起等特点限制了其在某些特定领域内的应用与发展。二十世纪六十年代前后，由于航空航天技术的发展，对实现小范围内偏转的支撑结构，不仅提出了高分辨率的要求，还要求结构上具有微小型化的要求。人们在经过对各类型的弹性支撑实验探索后，逐步开发出体积小、无机械摩擦、无间隙、运动灵活的柔性铰链。柔性铰链机构利用了弹性材料微小变形及其自回复的特性，消除了传动过程中的空程和机械摩擦，能获得超高的位移分辨率。随后，柔性铰链被广泛的应用于陀螺仪、加速度计、精密天平、导弹控制等仪器仪表中，并获得了前所未有的高精度和稳定性。七十年代末，美国国家标准局引入了柔性铰链机构以放大压电驱动器的位移，使其设计的工作台既具有亚纳米级的位移分辨率，又具有相对较大的行程。近年来，柔性铰链以其特殊的性能在精密机械、精密测量、微米技术和纳米技术等领域得到广泛应用，尤其是柔性铰链与压电致动结合实现超精密位移和定位。近年来，柔性结构的振动主动控制成为当今世界研究的重点及热点课题。加速度传感器质量轻，易安装，并且频带较宽，利用加速度传感器反馈控制可在较宽频带范围增加系统的主动阻尼，增强系统鲁棒性。由于加速度传感器的应用会给系统引进大量的高频噪声信号，因此要进行滤波处理。压电陶瓷材料具有响应快、频带宽、线性度好、容易加工等优点，特别适合用于柔性梁等挠性结构的振动控制应用。滚珠丝杆机构由伺服电机驱动，伺服电机有控制精度高、响应快、调速范围宽、动态特性好、操作简便、能定位伺服等优点，但同时其驱动过程中会产生较大的颤振现象，会影响控制精度。滚珠丝杆是工具机械和精密机械上最常使用的传动元件，其主要功能是将旋转运动转换成线性运动，或将扭矩转换成轴向反复作用力，同时兼具高精度、可逆性和高效率的特点。由于具有很小的摩擦阻力，滚珠丝杆被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。在地面试验时，重力会对柔性臂的特性产生影响，所以装置的机械结构设计做到质量最轻化，以减轻装置自重对柔性臂振动特性和控制的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供了一种两自由度柔性臂振动检测控制装置，该装置将四个柔性臂安装在不同平面上，有效地消除了其它不可控因素对于振动控制效果的影响，同时使用压电传感器检测和加速度传感器检测相结合的方法对柔性臂的振动进行检测比较，有利于提高检测精度。本专利技术的另一目的在于提供一种基于上述装置的两自由度柔性臂振动检测控制方法。本专利技术的目的可以通过采取如下技术方案达到：两自由度柔性臂振动检测控制装置，包括第一柔性臂、第二柔性臂、第三柔性臂、第四柔性臂、直线移动机构、第一转动机构、第二转动机构和控制组件；所述第一柔性臂的第一端与第三柔性臂的第一端固定连接，且第一柔性臂的第一端和第三柔性臂的第一端一起设置在直线移动机构上，所述第二柔性臂的第一端通过第一转动机构与第一柔性臂的第二端转动连接，所述第四柔性臂的第一端通过第二转动机构与第三柔性臂的第二端转动连接，所述第一柔性臂、第二柔性臂、第三柔性臂和第四柔性臂上均设有压电传感器和加速度传感器，且第一柔性臂和第三柔性臂上设有压电驱动器；所述控制组件分别与直线移动机构、第一转动机构、第二转动机构、压电驱动器、压电传感器、加速度传感器连接。进一步的，所述第一柔性臂包括第一柔性梁和第二柔性梁，第一柔性梁和第二柔性梁由两块弹簧钢制成的第一柔性铰链铰接在一起；所述第二柔性臂包括第三柔性梁和第四柔性梁，第三柔性梁和第四柔性梁由一个可双向旋转的第二柔性铰链铰接在一起；所述第三柔性臂包括第五柔性梁，所述第四柔性臂包括第六柔性梁。进一步的，所述直线移动机构包括第一电机、螺杆、螺母、导轨、滑块和底座，所述第一电机通过联轴器与螺杆连接，所述螺母与螺杆连接，所述导轨固定在底座上，所述滑块滑动设置在导轨上，并与螺母固定连接，第一柔性臂的第一端和第三柔性臂的第一端一起固定在滑块上。进一步的，所述直线移动机构还包括第一行程开关和第二行程开关，所述第一行程开关和第二行程开关固定在底座上，且第一行程开关靠近导轨的一端，第二行程开关靠近导轨的另一端，所述滑块的侧边设有挡块。进一步的，所述第一柔性臂的第一端和第三柔性臂的第一端一起通过支座固定在滑块上。进一步的，所述第一转动机构包括第二电机、第一减速机、第一夹紧部件和第二夹紧部件，所述第二电机安装在第一减速机的输入端，所述第一减速机的输出端法兰盘与第一夹紧部件转动连接，以及与第二夹紧部件固定连接，所述第一夹紧部件夹紧第一柔性臂的第一端，所述第二夹紧部件夹紧第二柔性臂的第二端。进一步的，所述第二转动机构包括第三电机、第二减速机、第三夹紧部件和第四夹紧部件，所述第三电机安装在第二减速机的输入端，所述第二减速机的输出端法兰盘与第三夹紧部件转动连接，以及与第四夹紧部件固定连接，所述第三夹紧部件夹紧第三柔性臂的第一端，所述第四夹紧部件夹紧第四柔性臂的第二端。进一步的，所述控制组件包括计算机、运动控制卡、端子板、第一驱动器、第二驱动器、电荷放大器和压电放大电路，所述计算机、运动控制卡和端子板依次连接，所述端子板分别与第一驱动器、第二驱动器、压电放大电路、电荷放大器连接；所述第一驱动器与直线移动机构连接，所述第二驱动器分别与第一转动机构、第二转动机构连接，所述压电放大电路与压电驱动器连接，所述电荷放大器分别与压电传感器、加速度传感器连接。进一步的，所述装置还包括支撑平台，所述直线移动机构固定在支撑平台上。本专利技术的另一目的可以通过采取如下技术方案达到：基于上述装置的两自由度柔性臂振动检测控制方法，所述方法包括：利用压电传感器和加速度传感器分别检测各柔性臂的振动，并得到相应的测量信号；将采集到的压电传感器信号和加速度传感器信号经由电荷放大器放大，经由端子板的传输，通过运动控制卡内部的A/D转换模块将模拟信号转换成数字信号输入到计算机中；计算机运行相应的主动控制算法，得到相应的振动反馈信号经由运动控制卡的D/A模块输出至端子板，再经过压电放大电路放大控制信号，输出到压电驱动器中进行响应，抑制第一柔性臂和第三柔性臂的振动；同时，得到相应的运动反馈信号经过运动控制卡、端子板输出传给第一驱动器和第二驱动器，驱动直线移动机构、第一转动机构和第二转动机构，直线移动机构带动第一柔性臂使各柔性臂在水平方向上直线移动，第一转动机构带动第二柔性臂转动，第二转动机构带动第四柔性臂转动；通过改变控制参数，反复试验，获取多次实验结果，得到两自由度柔性臂运动的振动特性及控制效果。本专利技术相对于现有技术具有如下的有益效果：1、本专利技术通过合理的机械结构设计，将四个柔性臂安装在不同平面上，有效地消除了其它不可控因素对于振动控制效果的影响，为研究重力对于柔性臂振动的影响提供了良好的条件，同时通过多传感器信息融合，使用压电传感器检测和加速度传感器检测相结合的方法对柔性臂的振动进行检测比较，有利于提高检测精度，对研究基于多传感器的主动振动控制提供了条本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.两自由度柔性臂振动检测控制装置，其特征在于：包括第一柔性臂、第二柔性臂、第三柔性臂、第四柔性臂、直线移动机构、第一转动机构、第二转动机构和控制组件；所述第一柔性臂的第一端与第三柔性臂的第一端固定连接，且第一柔性臂的第一端和第三柔性臂的第一端一起设置在直线移动机构上，所述第二柔性臂的第一端通过第一转动机构与第一柔性臂的第二端转动连接，所述第四柔性臂的第一端通过第二转动机构与第三柔性臂的第二端转动连接，所述第一柔性臂、第二柔性臂、第三柔性臂和第四柔性臂上均设有压电传感器和加速度传感器，且第一柔性臂和第三柔性臂上设有压电驱动器；所述控制组件分别与直线移动机构、第一转动机构、第二转动机构、压电驱动器、压电传感器、加速度传感器连接。

【技术特征摘要】
1.两自由度柔性臂振动检测控制装置，其特征在于：包括第一柔性臂、第二柔性臂、第三柔性臂、第四柔性臂、直线移动机构、第一转动机构、第二转动机构和控制组件；所述第一柔性臂的第一端与第三柔性臂的第一端固定连接，且第一柔性臂的第一端和第三柔性臂的第一端一起设置在直线移动机构上，所述第二柔性臂的第一端通过第一转动机构与第一柔性臂的第二端转动连接，所述第四柔性臂的第一端通过第二转动机构与第三柔性臂的第二端转动连接，所述第一柔性臂、第二柔性臂、第三柔性臂和第四柔性臂上均设有压电传感器和加速度传感器，且第一柔性臂和第三柔性臂上设有压电驱动器；所述控制组件分别与直线移动机构、第一转动机构、第二转动机构、压电驱动器、压电传感器、加速度传感器连接。2.根据权利要求1所述的两自由度柔性臂振动检测控制装置，其特征在于：所述第一柔性臂包括第一柔性梁和第二柔性梁，第一柔性梁和第二柔性梁由两块弹簧钢制成的第一柔性铰链铰接在一起；所述第二柔性臂包括第三柔性梁和第四柔性梁，第三柔性梁和第四柔性梁由一个可双向旋转的第二柔性铰链铰接在一起；所述第三柔性臂包括第五柔性梁，所述第四柔性臂包括第六柔性梁。3.根据权利要求1所述的两自由度柔性臂振动检测控制装置，其特征在于：所述直线移动机构包括第一电机、螺杆、螺母、导轨、滑块和底座，所述第一电机通过联轴器与螺杆连接，所述螺母与螺杆连接，所述导轨固定在底座上，所述滑块滑动设置在导轨上，并与螺母固定连接，所述第一柔性臂的第一端和第三柔性臂的第一端一起固定在滑块上。4.根据权利要求3所述的两自由度柔性臂振动检测控制装置，其特征在于：所述直线移动机构还包括第一行程开关和第二行程开关，所述第一行程开关和第二行程开关固定在底座上，且第一行程开关靠近导轨的一端，第二行程开关靠近导轨的另一端，所述滑块的侧边设有挡块。5.根据权利要求3所述的两自由度柔性臂振动检测控制装置，其特征在于：所述第一柔性臂的第一端和第三柔性臂的第一端一起通过支座固定在滑块上。6.根据权利要求1所述的两自由度柔性臂振动检测控制装置，其特征在于：所述第一转动机构包括第二电机、第一减速机、第一夹紧部件和第二夹紧部件，所述第二电机安装在第一减速机的输入端，所述第一减速机的输出端法兰盘与第一夹紧部件...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱志成，余昆，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44