本发明专利技术公开了一种多层式多柔性梁耦合机械臂的振动测控装置，包括机械臂本体、振动检测部分和驱动控制部分；机械臂本体包括第一短柔性梁、第二短柔性梁、第一长柔性梁、第二长柔性梁、底层铝板、中层铝板、上层铝板、夹块和弹簧，振动检测部分包括压电传感器、加速度传感器和激光位移传感器，驱动控制部分包括压电驱动器、压电放大电路、电荷放大器、端子板、运动控制卡和计算机；压电传感器、加速度传感器和压电驱动器均设置于柔性梁上，激光位移传感器投射于柔性梁上，计算机接收压电传感器、加速度传感器以及激光位移传感器的检测信号经过处理得到控制信号，通过运动控制卡及端子板输出到压电放大电路，通过压电驱动器控制每一根柔性梁的振动。柔性梁的振动。柔性梁的振动。
【技术实现步骤摘要】
多层式多柔性梁耦合机械臂的振动测控装置及方法
[0001]本专利技术涉及柔性结构的定位和振动控制领域，特别涉及一种基于弹簧耦合的多柔性耦合机械臂的振动分析与控制装置及方法。
技术介绍
[0002]柔性结构在航天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领域内的应用与发展。
[0003]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。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种多层式多柔性梁耦合机械臂的振动测控装置，本专利技术充分考虑了多种因素对机械臂振动的影响，实现对多柔性梁耦合机械臂振动的实时检测与主动控制。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0006]一种多层式多柔性梁耦合机械臂的振动测控装置，包括机械臂本体、振动检测部分和驱动控制部分；
[0007]机械臂本体包括第一短柔性梁、第二短柔性梁、第一长柔性梁、第二长柔性梁、底层铝板、中层铝板、上层铝板、夹块和弹簧，第一短柔性梁和第二短柔性梁竖直放置，第一长柔性梁和第二长柔性梁水平放置，第一长柔性梁与第二长柔性梁垂直，且第一长柔性梁和第二长柔性梁的宽面均与水平方向垂直，
[0008]第一短柔性梁一端固定于底层铝板，另一端固定于中层铝板，底层铝板和中层铝板通过四根宽面互相平行的第一短柔性梁连接，第一短柔性梁的宽面且与底层铝板和中层铝板的窄面处于同一平面，
[0009]第二短柔性梁一端固定于上层铝板，另一端固定于中层铝板，上层铝板和中层铝板通过四根宽面互相平行的第二短柔性梁连接，第二短柔性梁的宽面与第一短柔性梁的宽面垂直，
[0010]夹块固定于上层铝板的中间，第一长柔性梁和第二长柔性梁的一端分别与夹块固定，第一长柔性梁和第二长柔性梁的另一端均为自由端，同向的两根第一长柔性梁的自由端通过弹簧耦合，同向的两根第二长柔性梁的自由端通过弹簧耦合；
[0011]振动检测部分包括压电传感器、加速度传感器和激光位移传感器，压电传感器设置于第一长柔性梁和第二长柔性梁上，加速度传感器设置于第一长柔性梁的自由端，激光
位移传感器投射于第二长柔性梁的自由端；
[0012]驱动控制部分包括压电驱动器、压电放大电路、电荷放大器、端子板、运动控制卡和计算机，压电驱动器设置于每一根柔性梁上，压电放大电路与压电驱动器连接，电荷放大器与压电传感器和加速度传感器连接，激光位移传感器、压电放大电路、电荷放大器和运动控制卡分别与端子板连接，计算机与运动控制卡连接；
[0013]计算机接收压电传感器、加速度传感器以及激光位移传感器的检测信号经过处理得到控制信号，通过运动控制卡及端子板输出到压电放大电路，通过压电驱动器控制每一根柔性梁的振动。
[0014]进一步地，同一层相邻的两上层铝板之间、两中层铝板之间、两底层铝板之间的距离均为100mm。
[0015]进一步地，第一短柔性梁与底层铝板和中层铝板之间、第二短柔性梁与中层铝板和上层铝板之间、第一长柔性梁与夹块之间、第二长柔性梁与夹块之间分别通过夹板固定。
[0016]进一步地，压电传感器为压电陶瓷片，压电传感器安装于第一长柔性梁和第二长柔性梁的梁宽度方向中心线且距离夹板150mm的位置，姿态角为0
°
，单面粘贴，每一根第一长柔性梁和第二长柔性梁各粘贴1片，压电传感器总计有8片。
[0017]进一步地，压电驱动器为压电陶瓷片，在第一短柔性梁和第二短柔性梁上，压电驱动器粘贴在柔性梁上正中间位置处，且关于柔性梁宽度方向中线对称，姿态角为0
°
，双面对称粘贴；在第一长柔性梁和第二长柔性梁上，压电驱动器粘贴在柔性梁距离夹板60mm位置处，且关于柔性梁宽度方向中线对称，姿态角为0
°
，双面对称粘贴。
[0018]进一步地，压电驱动器总计有160片，每一根柔性梁各粘贴4片。
[0019]进一步地，运动控制卡包括A/D转换模块，A/D转换模块用于模拟信号和数字信号的转换。
[0020]进一步地，第一长柔性梁和第二长柔性梁的自由端耦合的弹簧分别通过第一支架固定。
[0021]进一步地，激光位移传感器分别正对第二长柔性梁的自由端，激光位移传感器通过第二支架固定于实验台。
[0022]一种多层式多柔性梁耦合机械臂的振动测控方法，采用上述任一项所述的多层式多柔性梁耦合机械臂的振动测控装置，包括以下步骤：
[0023]S1.压电传感器检测每一根长柔性梁和第二长柔性梁的振动，加速度传感器检测第一长柔性梁的振动加速度，激光位移传感器检测第二长柔性梁的振动位移；
[0024]S2.压电传感器和加速度传感器的检测信号经过电荷放大器和端子板的传输，通过运动控制卡输入计算机，激光位移传感器的检测信号由端子板和运动控制卡输入计算机；
[0025]S3.计算机对压电传感器、加速度传感器和激光位移传感器的检测信号进行处理得到控制信号，经过运动控制卡和端子板输出到压电放大电路，通过压电驱动器控制每一根柔性梁的振动。
[0026]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和有益效果：
[0027]1.本专利技术通过合理的机械结构设计，将多根柔性梁固定在一起形成机械臂，并通过弹簧进行耦合，有效地消除了其它不可控因素对于振动控制效果的影响。
[0028]2.本专利技术采用压电传感器测量柔性梁的应变信息，能快速反应机械臂的多个低阶模态的振动信息，测量灵敏度好，轻便又便宜。
[0029]3.本专利技术中采用加速度传感器，能对加速度传感器安装位置点的柔性梁进行振动测量，对于局部测量更为精确。
[0030]4.本专利技术使用激光位移传感器检测，激光位移传感器特别适合测量快速的位移变化，不与被测对象直接接触，有更高的测量精度。
[0031]5.本专利技术采用多传感器组合的检测方法，可实现对机械臂振动信号的准确稳定测量。
附图说明
[0032]图1为本专利技术的振动测控装置的部分结构示意图。
[0033]图2为本专利技术的振动测控装置的部分结构示意图。
[0034]图3为图1中A处的局部放大示意图。
[0035]图4为图1中B处的局部放大示意图。
[0036]图5为本专利技术的振动测控方法的流程示意图。
[0037]附图标号说明：
[0038]100
‑
实验台；1
‑
第一短柔性梁；2
‑
第二短柔性梁；3
‑
...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种多层式多柔性梁耦合机械臂的振动测控装置，其特征在于，包括机械臂本体、振动检测部分和驱动控制部分；机械臂本体包括第一短柔性梁、第二短柔性梁、第一长柔性梁、第二长柔性梁、底层铝板、中层铝板、上层铝板、夹块和弹簧，第一短柔性梁和第二短柔性梁竖直放置，第一长柔性梁和第二长柔性梁水平放置，第一长柔性梁与第二长柔性梁垂直，且第一长柔性梁和第二长柔性梁的宽面均与水平方向垂直，第一短柔性梁一端固定于底层铝板，另一端固定于中层铝板，底层铝板和中层铝板通过四根宽面互相平行的第一短柔性梁连接，第一短柔性梁的宽面且与底层铝板和中层铝板的窄面处于同一平面，第二短柔性梁一端固定于上层铝板，另一端固定于中层铝板，上层铝板和中层铝板通过四根宽面互相平行的第二短柔性梁连接，第二短柔性梁的宽面与第一短柔性梁的宽面垂直，夹块固定于上层铝板的中间，第一长柔性梁和第二长柔性梁的一端分别与夹块固定，第一长柔性梁和第二长柔性梁的另一端均为自由端，同向的两根第一长柔性梁的自由端通过弹簧耦合，同向的两根第二长柔性梁的自由端通过弹簧耦合；振动检测部分包括压电传感器、加速度传感器和激光位移传感器，压电传感器设置于第一长柔性梁和第二长柔性梁上，加速度传感器设置于第一长柔性梁的自由端，激光位移传感器投射于第二长柔性梁的自由端；驱动控制部分包括压电驱动器、压电放大电路、电荷放大器、端子板、运动控制卡和计算机，压电驱动器设置于每一根柔性梁上，压电放大电路与压电驱动器连接，电荷放大器与压电传感器和加速度传感器连接，激光位移传感器、压电放大电路、电荷放大器和运动控制卡分别与端子板连接，计算机与运动控制卡连接；计算机接收压电传感器、加速度传感器以及激光位移传感器的检测信号经过处理得到控制信号，通过运动控制卡及端子板输出到压电放大电路，通过压电驱动器控制每一根柔性梁的振动。2.根据权利要求1所述的多层式多柔性梁耦合机械臂的振动测控装置，其特征在于，同一层相邻的两上层铝板之间、两中层铝板之间、两底层铝板之间的距离均为100mm。3.根据权利要求1所述的多层式多柔性梁耦合机械臂的振动测控装置，其特征在于，第一短柔性梁与底层铝板和中层铝板之间、第二短柔性梁与中层铝板和上层铝板之间、第一长柔性梁与夹块之间、第二长柔性梁与夹块之间分别通过夹板固定。4.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：邱志成，何尚宇，刘一鸿，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：
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