一种弹簧耦合旋转多体机械臂系统振动测试装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种弹簧耦合旋转多体机械臂系统振动测试装置及方法，包括驱动控制部分、检测部分及柔性压电梁本体部分；所述柔性压电梁本体部分包括柔性梁、旋转平台板、弹簧、固定支架及侧立板，所述检测部分包括线激光及位置灵敏探测器，所述驱动控制部分包括压电纤维片、伺服电机、伺服电机驱动器、压电纤维片控制器、端子板、运动控制卡及计算机。本发明专利技术利用PSD采集柔性梁自由端位移信息，计算机结合传感器信息，通过特定算法输出控制信号，对柔性梁的振动进行控制。本装置组装方便，可以调节弹簧刚度，旋转速度，用于测量旋转状态下，耦合柔性梁的振动特性。

【技术实现步骤摘要】
一种弹簧耦合旋转多体机械臂系统振动测试装置及方法
本专利技术涉及轨道柔性多体系统振动控制领域，具体涉及一种弹簧耦合旋转多体机械臂系统振动测试装置及方法。
技术介绍
自适应弹性力学结构，又被称为智能结构，其典型特征是具有搭载嵌入式执行器和传感器的空间可延伸的载体结构，以实现瞬态形状控制。这种能力在很多领域都提供了应用的机会，例如：自适应光学，汽车工程中的扰流器和航空工程中的自适应太阳帆。此类结构上，经常含有部分细长的柔性臂结构。此类结构易受激产生持续振动从而影响航天器的正常工作。具体到机械臂领域，与传统刚性机械臂相比,柔性机械臂具有质量轻、结构简单、高速和能耗低等优点。然而,由于柔性臂结构固有的刚度低的特点,使其在运动过程中或由于外界干扰时,会产生较长时间的大幅值振动。若不对这种振动进行有效抑制,将会影响柔性臂的定位精度和控制性能,严重时甚至会造成柔性臂结构疲劳损伤。因此,对柔性臂的弹性振动控制显得尤为必要。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的缺点与不足，本专利技术的首要目的是提供一种弹簧耦合旋转多体机械臂系统振动测试装置，本装置是一种可控旋转速度、振动方式并且方便测量的柔性多体机械臂系统。本专利技术的另一个目的是提供一种弹簧耦合旋转多体机械臂系统振动测试装置的方法。本专利技术的首要目的是采用如下技术方案实现一种弹簧耦合旋转多体机械臂系统振动测试装置，包括驱动控制部分、检测部分及柔性压电梁本体部分；所述柔性压电梁本体部分包括柔性梁、旋转平台板、弹簧、固定支架及侧立板；所述侧立板为四块，四块侧立板设置在旋转平台板上，且关于旋转平台板中心对称，每块侧立板安装两块相互平行的柔性梁，两块柔性梁的自由端通过弹簧连接，固定支架设置在每块柔性梁的外侧，所述固定支架通过弹簧与柔性梁的自由端连接；所述检测部分包括线激光及位置灵敏探测器，所述线激光安装在侧立板上，所述位置灵敏探测器安装在柔性梁自由端的一角，所述线激光及位置灵敏探测器检测柔性梁信号输入驱动控制部分；所述驱动控制部分包括压电纤维片、伺服电机、伺服电机驱动器、压电纤维片控制器、端子板、运动控制卡及计算机，每个柔性梁在固定端设置一片压电纤维片；所述计算机与运动控制卡相互连接，所述运动控制卡与端子板相互连接，所述端子板分别与压电纤维片控制器及伺服电机驱动器相互连接，所述伺服电机驱动器与伺服电机连接驱动旋转平台板旋转，所述压电纤维片控制器与压电纤维片连接。优选的，线激光的中心轴线与位置灵敏探测器的感光元件中心高度一致。优选的，压电纤维片安装在柔性梁宽度中心线，且距固定端100mm处。优选的，线激光投射面与柔性梁平行，线激光的中心轴线高于柔性梁上端60mm，且在装置静止状态时通过位置灵敏探测器的感光元件中心。优选的，四块侧立板构成方形。优选的，柔性梁竖直放置。优选的，两块柔性梁的自由端通过弹簧连接，具体为：在柔性梁自由端的宽度中心线上设有通孔，用于穿过吊环，弹簧穿过吊环与相邻的梁或固定支架相连，构成柔性梁的耦合关系。优选的，所述驱动控制部分还包括联轴器、第一阶梯轴、锥齿轮、回转支承内圈及正齿轮，所述伺服电机通过联轴器带动安装在第一阶梯轴的锥齿轮旋转，从而通过啮合从动轴的锥齿轮带动从动轴，从动轴的正齿轮与回转支承内圈啮合驱动旋转平台旋转。一种基于弹簧耦合旋转多体机械臂系统振动测试装置的控制方法，包括如下步骤：第一步，组装实验台；第二步，计算机生成控制信号，通过运动控制卡以及伺服电机驱动器对伺服电机进行控制，从而使旋转平台按照预定速度旋转；第三步，由旋转平台旋转引起柔性梁振动，位置灵敏探测器由于激光照射位置的变化的横向光电效应，产生电信号记录梁自由端的位移情况，电信号经过处理，通过端子板传输至运动控制卡，由运动控制卡的A/D转换端口处理后传输至计算机进行处理；第四步，计算机根据输入信号产生相应的控制量，经过运动控制卡和端子板作用于压电纤维片控制器，使压电纤维片产生弯矩对柔性板振动进行控制。本专利技术的有益效果：(1)弹簧耦合的环氧梁组在旋转平台上的位置关于旋转轴中心对称，防止质量分布不均在旋转过程中对所测数据带来意外影响。(2)环氧梁使用压电纤维片控制振动，并在梁自由端用线激光和位置灵敏探测器测量振动，致动及反馈安装方便，测量精度较高，且方便做闭环控制。(3)传动机构结构紧凑，安装可靠，且控制了合适的减速比放大力矩，便于进行平台的稳定低速旋转；(4)整个装置可分为多个模块，便于分别组装后在组合成整体，减小了搭建实验平台的难度。附图说明图1为本专利技术总体结构的轴测图。图2为图1的侧面剖视图。图3为回转支承内齿和从动轴正齿轮的啮合情况示意图。具体实施方式下面结合实施例及附图，对本专利技术作进一步地详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例如图1-图3所示，一种弹簧耦合旋转多体机械臂系统振动测试装置，其特征在于，包括驱动控制部分、检测部分及柔性压电梁本体部分；所述柔性压电梁本体部分包括柔性梁4、角接件5、旋转平台板1、弹簧2、固定支架3及侧立板9；所述侧立板为四块，四块侧立板通过角铝中心的设置在旋转平台板上，且关于旋转平台板中心对称，本实施例中四块侧立板构成方形，每块侧立板通过角接件安装两块间隔一定距离，且相互平行的柔性梁，两块柔性梁沿着长度方向向方形外侧伸展，与侧立板固定的一端称为固定端，另一端为自由端。两块柔性梁的自由端通过弹簧连接，固定支架间隔一定距离设置在每块柔性梁的外侧，且位于旋转平台板上。两块柔性梁之间为内侧，所述固定支架通过弹簧与柔性梁的自由端连接；具体为，在柔性梁的自由端附近的宽度中心线上有通孔，用于穿过吊环螺栓，与吊环螺母拧紧，一同贴合在梁上。弹簧2穿过这些吊环将柔性梁与相邻的梁或是固定支架3相连，构成柔性梁组的耦合关系。本实施例中旋转平台板为两块矩形板垂直交叉构成，四块侧立板位于十字交叉的中心位置，四组柔性梁分别位于十字交叉的四个方向，柔性梁为环氧树脂材料。所述检测部分包括线激光7、激光支架8、位置灵敏探测器(PSD)10、PSD固定件11、端子板15、运动控制卡16及计算机17；线激光通过激光支架安装在侧立板上，PSD通过PSD固定件安装在柔性梁自由端一角，其中线激光的中心轴线和PSD的感光元件中心高度一致。当柔性梁开始振动时，PSD由于激光照射位置的变化的横向光电效应，产生电信号记录梁自由端的位移情况，电信号经过处理，通过端子板传输至运动控制卡，由控制卡的A/D转换端口处理后传输至计算机进行处理。优选方式，线激光投射面与柔性梁平行，线激光的中心轴线高于柔性梁上端60mm，且在装置静止状态下通过PSD的感光元件中心；所述驱动控制部分包括压电纤维片6、伺服电机18、压电纤维片控制器13及伺服电机驱动器14；计算机对伺服电机18的控制方式为：计算机27根据预设的装置的旋转速度，考虑本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种弹簧耦合旋转多体机械臂系统振动测试装置，其特征在于，包括驱动控制部分、检测部分及柔性压电梁本体部分；/n所述柔性压电梁本体部分包括柔性梁、旋转平台板、弹簧、固定支架及侧立板；所述侧立板为四块，四块侧立板设置在旋转平台板上，且关于旋转平台板中心对称，每块侧立板安装两块相互平行的柔性梁，两块柔性梁的自由端通过弹簧连接，固定支架设置在每块柔性梁的外侧，所述固定支架通过弹簧与柔性梁的自由端连接；/n所述检测部分包括线激光及位置灵敏探测器，所述线激光安装在侧立板上，所述位置灵敏探测器安装在柔性梁自由端的一角，所述线激光及位置灵敏探测器检测柔性梁信号输入驱动控制部分；/n所述驱动控制部分包括压电纤维片、伺服电机、伺服电机驱动器、压电纤维片控制器、端子板、运动控制卡及计算机，每个柔性梁在固定端设置一片压电纤维片；所述计算机与运动控制卡相互连接，所述运动控制卡与端子板相互连接，所述端子板分别与压电纤维片控制器及伺服电机驱动器相互连接，所述伺服电机驱动器与伺服电机连接驱动旋转平台板旋转，所述压电纤维片控制器与压电纤维片连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种弹簧耦合旋转多体机械臂系统振动测试装置，其特征在于，包括驱动控制部分、检测部分及柔性压电梁本体部分；
所述柔性压电梁本体部分包括柔性梁、旋转平台板、弹簧、固定支架及侧立板；所述侧立板为四块，四块侧立板设置在旋转平台板上，且关于旋转平台板中心对称，每块侧立板安装两块相互平行的柔性梁，两块柔性梁的自由端通过弹簧连接，固定支架设置在每块柔性梁的外侧，所述固定支架通过弹簧与柔性梁的自由端连接；
所述检测部分包括线激光及位置灵敏探测器，所述线激光安装在侧立板上，所述位置灵敏探测器安装在柔性梁自由端的一角，所述线激光及位置灵敏探测器检测柔性梁信号输入驱动控制部分；
所述驱动控制部分包括压电纤维片、伺服电机、伺服电机驱动器、压电纤维片控制器、端子板、运动控制卡及计算机，每个柔性梁在固定端设置一片压电纤维片；所述计算机与运动控制卡相互连接，所述运动控制卡与端子板相互连接，所述端子板分别与压电纤维片控制器及伺服电机驱动器相互连接，所述伺服电机驱动器与伺服电机连接驱动旋转平台板旋转，所述压电纤维片控制器与压电纤维片连接。


2.根据权利要求1所述的弹簧耦合旋转多体机械臂系统振动测试装置，其特征在于，线激光的中心轴线与位置灵敏探测器的感光元件中心高度一致。


3.根据权利要求1所述的弹簧耦合旋转多体机械臂系统振动测试装置，其特征在于，压电纤维片安装在柔性梁宽度中心线，且距固定端100mm处。


4.根据权利要求1所述的弹簧耦合旋转多体机械臂系统振动测试装置，其特征在于，线激光投射面与柔性梁平行，线激光的中心轴线高于柔性梁上端60mm，且在装置静止状态时通过位置灵敏探测器的感光元件...

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