一种刚性和柔性运动同步运动插孔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刚性和柔性运动同步运动插孔控制装置及方法，包括柔性本体部分、刚性运动本体部分、检测部分及驱动控制部分，通过采用CCD相机、激光投射器、压电片传感器、加速度传感器、激光位移传感器和光栅尺检测柔性臂的振动信号，将信号反馈到压电片驱动器以抑制柔性臂的振动，同时控制柔性臂的运动以跟踪刚性运动本体部分的一定，最终驱动伺服电机把已经完成同步运动口控制的柔性臂插入泡沫板的孔内。

A rigid and flexible motion synchronous movement Jack control device and method

The invention discloses a rigid and flexible motion synchronous motion Jack control device and method, which comprises a flexible body part, a rigid motion body part, a detection part and a driving control part. By adopting a CCD camera, a laser projector, a piezoelectric chip sensor, an acceleration sensor, a laser displacement sensor and a grating ruler detection, the control device comprises a flexible body part, a rigid motion body part, a detection part and a driving control part. The vibration signal of the flexible arm is measured, and the signal is fed back to the piezoelectric actuator to suppress the vibration of the flexible arm. At the same time, the movement of the flexible arm is controlled to track certain parts of the rigid motion part. Finally, the servo motor is driven into the hole of the foam board by the flexible arm which has been controlled by the synchronous movement port.

【技术实现步骤摘要】
一种刚性和柔性运动同步运动插孔控制装置及方法
本专利技术涉及同步运动控制领域，具体涉及一种刚性和柔性运动同步运动插孔控制装置及方法。
技术介绍
柔性机构在航空航天领域应用非常广泛。相比于刚性结构，柔性机构的刚度比较低，极易变形，因此柔性运动常常伴随着较大的振动；但柔性机构整体质量比较轻，十分合适航空航天的需求。只要处理好柔性机构运动时的问题，这将方便人类探索宇宙的奥秘。多传感器信息融合技术的基本原理就像人的大脑综合处理信息的过程一样，将各种传感器进行多层次、多空间的信息互补和优化组合处理，最终产生对观测环境的一致性解释。在这个过程中要充分地利用多源数据进行合理支配与使用，而信息融合的最终目标则是基于各传感器获得的分离观测信息，通过对信息多级别、多方面组合导出更多有用信息。这不仅是利用了多个传感器相互协同操作的优势，而且也综合处理了其它信息源的数据来提高整个传感器系统的智能化。直线电机可以认为是旋转电机在结构方面的一种变形，它可以看作是一台旋转电机沿其径向剖开，然后拉平演变而成。随着自动控制技术和微型计算机的高速发展，对各类自动控制系统的定位精度提出了更高的要求，在这种情况下，传统的旋转电机再加上一套变换机构组成的直线运动驱动装置，已经远不能满足现代控制系统的要求，直线电机与旋转电机相比，主要有如下几个特点：结构简单、定位精度高、反应速度快、灵敏度高、动性好、工作安全可靠、寿命长。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的缺点与不足，本专利技术提供一种刚性和柔性运动同步运动插孔控制装置及方法。本专利技术充分考虑了柔性臂直线移动时的振动和刚性、柔性运动机构的刚性部分同步跟踪等问题。本专利技术采用如下方案：一种刚性和柔性运动同步运动插孔控制装置，包括试验台，柔性本体部分、刚性运动本体部分、检测部分及驱动控制部分；所述柔性本体部分，包括由第一及第二柔性梁通过铰链连接构成的柔性臂，所述柔性臂一端通过第一支座固定在第一平台上，称为固定端，另一端为自由端，所述第一平台安装在柔性移动装置上，柔性移动装置驱动第一平台前后左右移动；所述刚性运动本体部分，包括泡沫板、第二平台、光栅尺及Z形板，Z形板的上板连接第二平台，刚性移动装置通过Z形板的下板连接光栅尺的主尺，刚性移动装置带动光栅尺的主尺与第二平台同步移动，泡沫板通过第三支座固定在第二平台上，所述泡沫板开有孔，该孔位于靠近柔性臂自由端一侧，在检测部分及驱动控制部分的作用下，使柔性臂自由端插入孔内；所述检测部分包括CCD相机、激光投影器、压电片传感器、加速度传感器及用于检测柔性臂自由端的振动信号及与泡沫板通孔相对距离的激光位移传感器；所述CCD相机通过云台固定在第二支座上，柔性臂的上边缘及孔位于CCD相机的视场范围内，所述激光投影器固定在第一支座上，其投射激光点落在柔性臂的中心线上；所述压电片传感器粘贴在第一柔性梁上，靠近支座一端，所述加速度传感器固定在第二柔性梁上，靠近自由端一侧，所述驱动控制部分包括压电片驱动器、第一伺服驱动器、第二伺服驱动器、压电放大器、动态应变仪、电荷放大器、伺服放大器、运动控制器及计算机；计算机与运动控制卡相互连接，激光投影器向计算机输入信号；运动控制卡分别向伺服放大器、第一伺服驱动器及第二伺服驱动器及压电放大器输出控制信号驱动柔性臂移动插入孔内，运动控制卡向伺服放大器输出信号驱动泡沫板的移动；运动控制卡向压电放大器输出信号驱动压电片驱动器抑制柔性臂振动；所述电荷放大器、激光位移传感器、与动态应变仪向运动控制卡输入信号，电荷放大器与加速度传感器连接，动态应变仪与压电片传感器连接，所述压电片驱动器设置在第一柔性梁上。所述柔性移动装置包括第一伺服电机、第二伺服电机、第一导轨、第二导轨、第一丝杆、第二丝杆、第一滑块及第二滑块；所述第一伺服电机及第一导轨固定在试验台上，第一伺服电机与第一丝杆连接，第一滑块与第一丝杆连接将第一丝杆的旋转运动转化在第一导轨的前后直线运动；所述第二伺服电机与第二丝杆连接，第二滑块与第二丝杆连接将第二丝杆的旋转运动转化在第二导轨的左右直线运动；所述第一滑块及第二滑块上下垂直固定，第一滑块位于下方，所述第一平台固定在第二导轨上。所述刚性移动装置包括第三导轨、直线电机及第三滑块，直线电机、第三导轨及光栅尺的读数头固定在试验台上，所述直线电机与计算机连接；第三滑块在直线电机的驱动下在第三导轨上直线移动，第三滑块通过Z形板的下板连接光栅尺的主尺，且通过Z形板的上板连接第二平台，带动光栅尺的主尺和第二平台同步移动。所述压电片传感器固定在柔性臂的固定端，且位于第一柔性梁的宽度方向的中线上，正反两面对称粘贴，每面一片。所述压电片驱动器具体为四片，正反两面对称粘贴，每面两片，对称设置在第一柔性梁宽度方向的中线两侧。所述孔为矩形通孔，其矩形通孔的截面大于第二柔性梁的截面。所述加速度传感器具体安装在第二柔性梁背对激光位移传感器的一侧，且位于第二柔性梁宽度方向中线的中线上。所述CCD相机的检测轴线所在的平面与柔性臂的中心线为同一水平面。云台及激光投影器设置在同一水平面，且激光投影器位于云台的前方。一种刚性和柔性运动同步运动插孔控制装置的控制方法，包括如下步骤：第一步计算机设定直线电机运动的速度，将信息传给运动控制卡处理后输入到伺服放大器，驱动直线电机带动泡沫板的直线移动，光栅尺将测得的运动信号反馈到直线电机，使直线电机按照计算机给定的速度运行；第二步CCD相机、激光投射器、压电片传感器、加速度传感器和激光位移传感器分别检测柔性臂的振动信号和直线位移信号，得到相对应的测量信息；第三步CCD相机、激光投射器和激光位移传感器将步骤二所测的信号直接传到运动控制卡进行处理；压电片传感器将步骤二所测的信号先通过动态应变仪处理再传到运动控制卡进行进一步处理；加速度传感器将步骤二所测的信号先通过电荷放大器放大等处理后传到运动控制卡进行进一步的处理；运动控制卡将收集的所有信息进行A/D转换处理，在送到计算机；第四步根据步骤三得到的检测信号，计算机进行相关控制算法运算得到相应的直线移动和振动反馈信号；将直线移动反馈信号传回运动控制卡进行D/A转换等处理，再传到第一伺服驱动器驱动第一伺服电机使柔性臂同步直线跟踪孔的运动；同时，将振动反馈信号传回运动控制卡进行D/A转换处理，然后传到压电放大器放大反馈信号以驱动压电片驱动器抑制柔性臂振动；第五步重复步骤二至步骤四，直至柔性臂的振动范围在一段时间内处于孔的宽度范围内；计算机下达信号给运动控制卡进行D/A转换处理，再传到第二伺服驱动器驱动第二伺服电机使柔性臂插入孔内；第六步通过改变控制参数，反复试验，获取多次实验结果，得到柔性运动和刚性运动同步运动的控制特性及控制效果。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术通过合理的机械结构设计，将两根柔性梁通过柔性铰链固定在同一平面上，组成柔性臂，该柔性臂在前后移动方向具有非常低的刚度，因此运动时振动十分剧烈，通过本专利技术振动的检测和抑制可检验实际的同步控制效果。(2)本专利技术采用直线电机作主动驱动，伺服旋转电机作从动驱动，配合光栅尺能让主动驱动的直线电机按给定的速度精确地运动，而作为从动驱动的伺服旋转电机适合在同步控制系统控制下能比较准确地跟踪直线电机的运动。(3)本专利技术中所述实验装置采用了相机高速拍摄、激光发射本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种刚性和柔性运动同步运动插孔控制装置，包括试验台，其特征在于，包括柔性本体部分、刚性运动本体部分、检测部分及驱动控制部分；所述柔性本体部分，包括由第一及第二柔性梁通过铰链连接构成的柔性臂，所述柔性臂一端通过第一支座固定在第一平台上，称为固定端，另一端为自由端，所述第一平台安装在柔性移动装置上，柔性移动装置驱动第一平台前后左右移动；所述刚性运动本体部分，包括泡沫板、第二平台、光栅尺及Z形板，Z形板的上板连接第二平台，刚性移动装置通过Z形板的下板连接光栅尺的主尺，刚性移动装置带动光栅尺的主尺与第二平台同步移动，泡沫板通过第三支座固定在第二平台上，所述泡沫板开有孔；所述检测部分包括CCD相机、激光投影器、压电片传感器、加速度传感器及用于检测柔性臂自由端的振动信号及与泡沫板通孔相对距离的激光位移传感器；所述CCD相机通过云台固定在第二支座上，柔性臂的上边缘及孔位于CCD相机的视场范围内，所述激光投影器固定在第一支座上，其投射激光点落在柔性臂的中心线上；所述压电片传感器粘贴在第一柔性梁上，靠近固定端一侧，所述加速度传感器固定在第二柔性梁上，靠近自由端一侧，所述驱动控制部分包括压电片驱动器、第一伺服驱动器、第二伺服驱动器、压电放大器、动态应变仪、电荷放大器、伺服放大器、运动控制器及计算机；计算机与运动控制卡相互连接，激光投影器向计算机输入信号；运动控制卡分别向伺服放大器、第一伺服驱动器及第二伺服驱动器及压电放大器输出控制信号，伺服放大器输出信号驱动泡沫板的移动；压电放大器输出信号驱动压电片驱动器抑制柔性臂振动；所述电荷放大器、激光位移传感器与动态应变仪向运动控制卡输入信号，电荷放大器与加速度传感器连接，动态应变仪与压电片传感器连接，所述压电片驱动器设置在第一柔性梁上。...

【技术特征摘要】
1.一种刚性和柔性运动同步运动插孔控制装置，包括试验台，其特征在于，包括柔性本体部分、刚性运动本体部分、检测部分及驱动控制部分；所述柔性本体部分，包括由第一及第二柔性梁通过铰链连接构成的柔性臂，所述柔性臂一端通过第一支座固定在第一平台上，称为固定端，另一端为自由端，所述第一平台安装在柔性移动装置上，柔性移动装置驱动第一平台前后左右移动；所述刚性运动本体部分，包括泡沫板、第二平台、光栅尺及Z形板，Z形板的上板连接第二平台，刚性移动装置通过Z形板的下板连接光栅尺的主尺，刚性移动装置带动光栅尺的主尺与第二平台同步移动，泡沫板通过第三支座固定在第二平台上，所述泡沫板开有孔；所述检测部分包括CCD相机、激光投影器、压电片传感器、加速度传感器及用于检测柔性臂自由端的振动信号及与泡沫板通孔相对距离的激光位移传感器；所述CCD相机通过云台固定在第二支座上，柔性臂的上边缘及孔位于CCD相机的视场范围内，所述激光投影器固定在第一支座上，其投射激光点落在柔性臂的中心线上；所述压电片传感器粘贴在第一柔性梁上，靠近固定端一侧，所述加速度传感器固定在第二柔性梁上，靠近自由端一侧，所述驱动控制部分包括压电片驱动器、第一伺服驱动器、第二伺服驱动器、压电放大器、动态应变仪、电荷放大器、伺服放大器、运动控制器及计算机；计算机与运动控制卡相互连接，激光投影器向计算机输入信号；运动控制卡分别向伺服放大器、第一伺服驱动器及第二伺服驱动器及压电放大器输出控制信号，伺服放大器输出信号驱动泡沫板的移动；压电放大器输出信号驱动压电片驱动器抑制柔性臂振动；所述电荷放大器、激光位移传感器与动态应变仪向运动控制卡输入信号，电荷放大器与加速度传感器连接，动态应变仪与压电片传感器连接，所述压电片驱动器设置在第一柔性梁上。2.根据权利要求1所述的一种刚性和柔性运动同步插孔控制装置，其特征在于，所述柔性移动装置包括第一伺服电机、第二伺服电机、第一导轨、第二导轨、第一丝杆、第二丝杆、第一滑块及第二滑块；所述第一伺服电机及第一导轨固定在试验台上，第一伺服电机与第一丝杆连接，第一滑块与第一丝杆连接将第一丝杆的旋转运动转化在第一导轨的前后直线运动；所述第二伺服电机与第二丝杆连接，第二滑块与第二丝杆连接将第二丝杆的旋转运动转化在第二导轨的左右直线运动；所述第一滑块及第二滑块上下垂直固定，第一滑块位于下方，所述第一平台固定在第二导轨上。3.根据权利要求1所述的一种刚性和柔性运动同步运动插孔控制装置，其特征在于，所述刚性移动装置包括第三导轨、直线电机及第三滑块，直线电机、第三导轨及光栅尺的读数头固定在试验台上，所述直线电机与计算机连接；第三滑块在直线电机的驱动下在第三导轨上直线移动，第三滑块通过Z形板的下板连接光栅尺的主尺，且通过Z形板的上板连接第二平台，带动光栅尺...

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