一种双柔性机器人同步运动控制装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种双柔性机器人同步运动控制装置与方法，包括机械本体部分、检测驱动部分及控制部分，机械本体部分由第一柔性本体及第二柔性本体部分构成，检测驱动部分包括压电传感器及压电驱动器，控制部分对接收的检测信号进行处理输出控制信号，对四个柔性臂进行振动控制。本发明专利技术实现对振动量无法直接测量的柔性臂进行振动控制，并且可以比较两柔性臂的同步运动的控制效果。

A Synchronized Motion Control Device and Method for Dual Flexible Robots

The invention discloses a synchronous motion control device and method for a dual flexible robot, which comprises a mechanical body part, a detection driving part and a control part. The mechanical body part consists of a first flexible body and a second flexible body part. The detection driving part includes a piezoelectric sensor and a piezoelectric driver, and the control part receives each other. The detection signal is processed and the control signal is output, and the vibration of four flexible arms is controlled. The invention realizes vibration control of a flexible arm whose vibration cannot be measured directly, and can compare the control effect of synchronous motion of two flexible arms.

【技术实现步骤摘要】
一种双柔性机器人同步运动控制装置与方法
本专利技术涉及柔性机器人领域，特别涉及一种双柔性机器人同步运动控制装置与方法。
技术介绍
随着科学技术的发展，机器人技术不断朝着轻质、高速度和高精度的方向发展，特别是进入二十一世纪以来，人类对太空的探索不断深入，考虑到外太空环境的恶劣和复杂性以及宇航员自身安全，在执行复杂的空间探索和操作任务时，十分有必要采用结合航空技术和机器人技术的机械臂结构来代替航天员完成这些任务。因此对机械臂的结构设计和振动控制技术的研究已经成为机器人技术和航空航天领域的一个重要研究方向。传统的工业机器人为了避免产生定位误差和机械振动，手臂一般都被设计成刚性结构，随着航天事业的飞速发展，空间机械臂索要完成的任务复杂度日益增加，其对结构和性能的要求也越来越高，复杂的任务使得空间机械臂的结构越来越大，另一方面为了降低航天成本和机械臂能量消耗，并且保证其灵活性，空间机械臂往往采用新型轻质材料制造，因此，空间机械臂朝着低刚度、高精度和柔性化的趋势发展。从单自由度的柔性机械臂开始，柔性机械臂的研究发轫于上世纪80年代，随着机械臂所执行的任务越来越复杂，单自由度的柔性机械臂无法满足使用需要，两自由度柔性机械臂的研究随之兴起，其中最为著名的为加拿大航空署为国际空间站设计的加拿大臂二号(SSRMS-2)，与传统的刚性机械臂相比，柔性机械臂具有轻质、高响应速度、高载重/自重比等特点，但同时由于其低刚度和大扰度的特点，当收到外部激励时，两自由度柔性机械臂很容易产生的自身低频率、大幅度的弹性振动，从而导致其在使用过程中也存在一些问题，以空间站的第一阶段的装配为例，空间柔性机械臂系统需要工作47小时左右，但其约有20％～30％的时间用于等待其自身残余振动的衰减，同时为了避免机械臂运动过程中产生较大的弹性振动，机械臂的展开过程也需要较长时间,这些问题显然与柔性机械臂高速高精的工作要求不符，影响了机械臂工作的定位精度，弹性振动将是结构产生过早的疲劳破坏，同时可能引发系统共振导致系统破坏和失效，因此如何正确分析两自由度柔性机械臂的动力特性和驱动特性并对其运动过程中的弹性振动的抑制显得尤为重要。
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双柔性机器人同步运动控制装置与方法。本专利技术使得柔性机械臂结构在较大的旋转范围内运动，并使之在较大的工作空间上实现稳定、准确、快速的到达预设定的定位，并快速抑制振动，位于柔性臂末端的视觉检测装置可实时检测柔性臂位姿，对柔性臂末端轨迹规划和机械臂避障具有重要作用。本专利技术采用如下技术方案：一种双柔性机器人同步运动控制装置，包括机械本体部分、检测驱动部分及控制部分；所述机械本体部分由第一柔性本体及第二柔性本体构成；所述第一柔性本体包括第一柔性臂、第一减速器、第一伺服电机、第一移动装置、第二柔性臂、第二减速器及第二伺服电机，所述第一柔性臂的一端通过第一法兰盘机械连接装置与第一减速器的输出端连接，其另一端为自由端，第一伺服电机安装在第一减速器的输入端；第一减速器的基座与第二柔性臂的一端连接；第二伺服电机与第二减速器的输入端连接，第二减速器的基座安装在第一移动装置上，第二减速器的输出端通过第二法兰盘连接装置与第二柔性臂的另一端连接，所述第一移动装置固定在试验台上；第二柔性本体包括第三柔性臂、第四柔性臂、第四伺服电机、第五伺服电机、第五减速器及第二移动装置；所述第三柔性臂的一端通过第三法兰盘连接装置与支架连接，其另一端为自由端，所述支架固定在第四伺服电机上；第五伺服电机与第四柔性臂的一端连接，第四柔性臂的另一端与支架连接；所述第五伺服电机安装在第五减速器上，第五减速器固定在第二移动装置上，第二移动装置固定在试验台上；所述检测驱动部分：包括压电传感器及压电驱动器，所述第一柔性臂及第二柔性臂均设置压电传感器，所述第一柔性臂、第二柔性臂、第三柔性臂及第四柔性臂设置压电驱动器；所述控制部分控制部分对接收的检测信号进行处理输出控制信号，对四个柔性臂进行振动控制。所述第一移动装置包括底座、滚珠丝杠、第一滑块及第三伺服电机，所述第三伺服电机驱动滚珠丝杠上的第一滑块运动，滚珠丝杠的基座固定在底座上，底座固定在试验台上，所述第二减速器的基座固定在第一滑块上；所述第二移动装置包括直线电机、直线导轨及第二滑块，所述直线电机驱动第二滑块在直线导轨上滑动，所述第五减速器固定在第二滑块上。所述控制部分包括计算机、运动控制卡、伺服驱动器、压电放大电路及电荷放大器；第一、第二、第三、第四及第五伺服电机设置光电编码器检测的转角信号经过运动控制卡输入计算机中得到反馈信号，通过运动控制卡输出伺服驱动器，进一步驱动第一、第二、第三、第四及第五伺服电机转动；压电片传感器检测第一及第二柔性臂的振动信号，经过电荷放大器进入运动控制卡输入计算机，计算机得到控制信号后，通过运动控制卡输出到压电放大电路放大后驱动压电驱动器；所述计算机与运动控制卡连接，运动控制卡与伺服驱动器连接，所述伺服驱动器与第一、第二、第三、第四及第五伺服电机连接。所述第一移动装置及第二移动装置平行设置在试验台上。第一柔性臂的压电片传感器及压电驱动器设置在靠近固定端一侧；第二柔性臂的压电片传感器及压电驱动器设置在靠近第二伺服电机一侧；第三柔性臂的压电驱动器设置在第四伺服电机一侧；第四柔性臂的压电驱动器设置在固定端一侧。所述压电片传感器由两片压电片构成，柔性臂的正反两面对称粘贴，每面一片。一种双柔性机器人同步运动控制装置的控制方法，包括如下步骤：第一步利用相应检测元件检测第一、第二、第三、第四及第五伺服电机的转角信号，经过运动控制卡输入计算机，计算机得到控制信号通过运动控制卡输出伺服驱动器进一步控制伺服电机的动作；第二步利用相应检测元件检测直线电机上滑块的位置和速度信号，输入运动控制卡后输出到计算机进行处理，得到相应的第二滑块位置和速度反馈信号，生成控制直线电机的脉冲信号，经过运动控制卡和伺服驱动器后驱动直线电机，对直线电机的位置和速度进行闭环控制；第三步压电片传感器检测第一柔性臂及第二柔性臂的振动信号，经过电荷放大器进入运动控制卡，输入计算机，计算机生成控制信号后，输出压电放大电路驱动压电片驱动器抑制振动。本专利技术的有益效果：(1)本柔性臂振动同步运动控制装置提出了一种特定条件下柔性臂振动信号无法检测时的振动同步控制方法和装置。振动可检测的柔性臂装置驱动器带有减速器，振动控制的目标柔性臂装置无减速器，且直线运动副为直线电机驱动，不同的驱动方式组合增加了本专利技术提出的方法的普适性和新颖性。(2)本三自由度柔性机械臂是一个多通道的输入—输出的检测和控制系统，而且各控制之间相互耦合，电机既有模拟量输出控制，又有脉冲量控制，既有电机驱动控制，还有压电驱动控制，利用该装置可以很好地模拟复杂柔性结构的刚柔耦合振动控制研究。(3)本装置结合机器视觉检测装置可实现柔性臂的位姿检测，结合控制部分可完成三自由度柔性机械臂的定位、末端路径规划和避障等任务，也为验证多种复杂控制策略提供一个很好的平台。(4)本装置还可以通过多传感器信息融合进行多体柔性机器人的动力学模型辨识，以及基于多传感器的主动振动控制研究。附图说明图1是本专利技术的结构示意图。具体实施方式下面结合实施例及附图，对本专利技术作本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双柔性机器人同步运动控制装置，其特征在于，包括机械本体部分、检测驱动部分及控制部分；所述机械本体部分由第一柔性本体及第二柔性本体构成；所述第一柔性本体包括第一柔性臂、第一减速器、第一伺服电机、第一移动装置、第二柔性臂、第二减速器及第二伺服电机，所述第一柔性臂的一端通过第一法兰盘机械连接装置与第一减速器的输出端连接，其另一端为自由端，第一伺服电机安装在第一减速器的输入端；第一减速器的基座与第二柔性臂的一端连接；第二伺服电机与第二减速器的输入端连接，第二减速器的基座安装在第一移动装置上，第二减速器的输出端通过第二法兰盘连接装置与第二柔性臂的另一端连接，所述第一移动装置固定在试验台上；第二柔性本体包括第三柔性臂、第四柔性臂、第四伺服电机、第五伺服电机、第五减速器及第二移动装置；所述第三柔性臂的一端通过第三法兰盘连接装置与支架连接，其另一端为自由端，所述支架固定在第四伺服电机上；第五伺服电机与第四柔性臂的一端连接，第四柔性臂的另一端与支架连接；所述第五伺服电机安装在第五减速器上，第五减速器固定在第二移动装置上，第二移动装置固定在试验台上；所述检测驱动部分：包括压电片传感器及压电驱动器，所述第一柔性臂及第二柔性臂均设置压电片传感器，所述第一柔性臂、第二柔性臂、第三柔性臂及第四柔性臂设置压电驱动器；所述控制部分控制部分对接收的检测信号进行处理输出控制信号，对四个柔性臂进行振动控制。...

【技术特征摘要】
1.一种双柔性机器人同步运动控制装置，其特征在于，包括机械本体部分、检测驱动部分及控制部分；所述机械本体部分由第一柔性本体及第二柔性本体构成；所述第一柔性本体包括第一柔性臂、第一减速器、第一伺服电机、第一移动装置、第二柔性臂、第二减速器及第二伺服电机，所述第一柔性臂的一端通过第一法兰盘机械连接装置与第一减速器的输出端连接，其另一端为自由端，第一伺服电机安装在第一减速器的输入端；第一减速器的基座与第二柔性臂的一端连接；第二伺服电机与第二减速器的输入端连接，第二减速器的基座安装在第一移动装置上，第二减速器的输出端通过第二法兰盘连接装置与第二柔性臂的另一端连接，所述第一移动装置固定在试验台上；第二柔性本体包括第三柔性臂、第四柔性臂、第四伺服电机、第五伺服电机、第五减速器及第二移动装置；所述第三柔性臂的一端通过第三法兰盘连接装置与支架连接，其另一端为自由端，所述支架固定在第四伺服电机上；第五伺服电机与第四柔性臂的一端连接，第四柔性臂的另一端与支架连接；所述第五伺服电机安装在第五减速器上，第五减速器固定在第二移动装置上，第二移动装置固定在试验台上；所述检测驱动部分：包括压电片传感器及压电驱动器，所述第一柔性臂及第二柔性臂均设置压电片传感器，所述第一柔性臂、第二柔性臂、第三柔性臂及第四柔性臂设置压电驱动器；所述控制部分控制部分对接收的检测信号进行处理输出控制信号，对四个柔性臂进行振动控制。2.根据权利要求1所述的一种双柔性机器人同步运动控制装置，其特征在于，所述第一移动装置包括底座、滚珠丝杠、第一滑块及第三伺服电机，所述第三伺服电机驱动滚珠丝杠上的第一滑块运动，滚珠丝杠的基座固定在底座上，底座固定在试验台上，所述第二减速器的基座固定在第一滑块上；所述第二移动装置包括直线电机、直线导轨及第二滑块，所述直线电机驱动第二滑块在直线导轨上滑动，所述第五减速器固定在第二滑块上。3.根据权利要求2所述的一种双柔性机器人同步运动控制装置，其特征在于，所述控制部分包括计算机、运动控制卡、伺服驱动...

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