本发明专利技术公开了一种多柔性体结构刚柔耦合振动测控装置，包括柔性铰链平台、多柔性体结构部分、振动检测部分、振动激励部分和驱动控制部分。由线拉驱动使柔性平台产生多个方向的振动，四种不同的柔性结构平台进行连接耦合，柔性结构平台之间通过柔性铰链连接进行耦合，形成多柔性体刚柔耦合结构。利用挠曲电效应位移传感器和激光位移传感器对柔性结构平台间的相对位移进行测量，得到柔性结构平台的振动信息。利用压电致动器对柔性铰链平台进行振动控制。能够用来研究多柔性体结构刚柔耦合运动的影响以及相应的振动控制方法。适用于高精度、短距离的测量，采用支撑梁、弓型梁和压电致动器组合的振动控制，能够更加精准地控制柔性平台各个方向的振动。平台各个方向的振动。平台各个方向的振动。
【技术实现步骤摘要】
多柔性体结构刚柔耦合振动测控装置及方法
[0001]本专利技术涉及刚柔耦合结构振动测量领域，具体地说，尤其涉及非接触式测量的一种多柔性体结构刚柔耦合振动测控装置及方法。
技术介绍
[0002]刚柔耦合运动系统在航空航天，旋转机械，车辆工程及机器人等邻域中应用广泛，这类系统中的各个柔性部件存在较大范围的刚体运动，同时由于外部激励使自身产生弹性变形，这就涉及结构部件的刚体运动与弹性变形相互耦合的问题。随着刚柔耦合多体系统的规模越来越庞大，结构越来越复杂，以及其运行速度要求不断加快，如何精确掌握系统在不同的约束、不同的受力与控制环节等工况下的运行过程，成为工程预研与设计的重大难题。
[0003]在航空航天领域中，航天器大部分属于刚柔耦合系统，现代航天器通常由梁、板、桁架等柔性结构组合而成，同时安装大跨度太阳能帆板和载体机械臂等复杂结构，其结构的固有频率低，低频振动模态容易被干扰所激励，在作业过程中所呈现出来的各种振动效应将严重影响航天器的稳定性。为了扩大机械臂的工作范围，机械臂一般安装在移动基座上，移动基座可以沿着导轨进行移动，其结构部件具有较大柔度，受本身刚体运动时所带来的惯性力等因素激励的影响，柔性部件会产生较大幅度的振动，对末端跟踪轨迹将造成不可忽视的影响，只有进行弹性变形和刚体运动的耦合分析才能实现高精度控制。
[0004]非接触式测量对比传统的传感器接触式测量有很多优点。非接触式测量不会影响被测对象的动态性能，不会因为对被测物体附加质量而影响它的正常工作，对被测对象无损而且抗干扰能力强。但是，非接触式测量的精度普遍比接触式测量要低。非接触式测量是一种简单而有效的测振方法，常见的有激光测振仪、激光传感器、双目视觉系统、多目视觉系统等方法。
[0005]挠曲电传感器的设计基于正挠曲电效应，即由应变梯度而产生电极化信号。与压电传感器相比，基于挠曲电效应设计的传感器由于具有更高的温度稳定性和更高的低频响应性能，故挠曲电传感器在传感器应用领域更为广泛。挠曲电传感器的作用机理为通过合理的结构设计，对材料施加均匀应力使其产生应变梯度从而产生电极化，即产生表观压电效应。基于挠曲电效应设计的传感器现已广泛应用在曲率监测、结构健康监测以及裂纹监测等领域。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种多柔性体结构刚柔耦合振动测控装置，采用激光位移传感器进行非接触测量，测量精度高，采用支撑梁、弓型梁和压电致动器组合的振动控制，更加精准地控制柔性平台各个方向的振动。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0008]一种多柔性体结构刚柔耦合振动测控装置，包括多柔性体结构部分、振动检测部
分、振动激励部分和驱动控制部分；
[0009]多柔性体结构部分包括隔振单元平台、展开柔性结构、平移柔性结构和旋转柔性结构；
[0010]隔振单元平台包括隔振单元，隔振单元包括主体框架、体心立方支撑架和减振单元，体心立方支撑架连接主体框架和减振单元；
[0011]展开柔性结构包括驱动平台、第一连杆、展开层、第二连杆和驱动弹簧，两个驱动平台分别安装于柔性铰链平台，两个驱动平台通过驱动弹簧耦合连接，第一连杆一端与下层驱动平台铰接，第一连杆另一端与第二连杆的中点铰接，第二连杆一端与上层驱动平台铰接，第二连杆另一端与展开层铰接；
[0012]平移柔性结构包括第一球铰平台、弹簧钢片、平移平台和球型铰链，第一球铰平台安装于柔性铰链平台，弹簧钢片一端通过球型铰链与第一球铰平台连接，弹簧钢片另一端与平移平台铰接；
[0013]旋转柔性结构包括弹簧钢片、球型铰链、第二球铰平台和旋转平台，第二球铰平台安装于柔性铰链平台，弹簧钢片一端通过球型铰链与第二球铰平台连接，弹簧钢片另一端与旋转平台铰接；
[0014]振动检测部分包括柔性铰链、挠曲电效应位移传感器、激光位移传感器和电荷放大器，挠曲电效应位移传感器安装于柔性铰链，激光位移传感器通过支架固定于柔性铰链平台，电荷放大器与柔性铰链连接，挠曲电效应位移传感器和激光位移传感器共同对柔性平台间的振动进行检测；
[0015]振动激励部分包括线套、细线、绞盘、伺服电机、电机座和伺服电机驱动器，线套固定于柔性铰链平台，细线的固定端穿过线套固定于柔性铰链平台，细线的驱动端固定于绞盘，绞盘与伺服电机连接，伺服电机通过电机座固定于底座平台，伺服电机驱动器与伺服电机连接；
[0016]驱动控制部分包括质量块、支撑梁、弓型梁、压电致动器、压电放大电路、端子板、运动控制卡和计算机，压电致动器安装于柔性铰链平台，压电致动器相对两侧分别安装弓型梁和质量块，支撑梁的固定端分别安装于质量块，支撑梁的自由端分别连接柔性铰链，压电放大电路与压电致动器连接，端子板与压电放大电路连接，激光位移传感器、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；
[0017]挠曲电效应位移传感器和激光位移传感器采集支撑梁、弓型梁和柔性铰链的振动信号，振动信号通过端子板和运动控制卡传输至计算机，计算机根据柔性结构的振动信号生成对应的控制信号，控制信号通过运动控制卡和端子板输出至压电放大电路和伺服电机驱动器，通过伺服电机和细线控制柔性铰链平台的振动，通过压电致动器控制支撑梁和弓型梁的振动，通过柔性铰链的变形抑制柔性平台间的振动。
[0018]优选地，隔振单元平台包括16个隔振单元，16个隔振单元组成4
×4×
1阵列，主体框架为常规立方晶格，体心立方支撑架包括8根十字形截面支板，减振单元包括分布于X轴、Y轴、Z轴三个方向的支撑框，支撑框为对称的多段弯曲梁，隔振单元中心安装有螺柱，螺柱用于连接十字形截面支板和支撑框。
[0019]优选地，展开层为柔性材料，展开层受力时向内侧收缩或向外膨胀；驱动弹簧的线径为3mm，原长为80mm，刚度系数为125N/m。
[0020]优选地，平移柔性结构的弹簧钢片长60mm，宽10mm，厚0.2mm，第一球铰平台和平移平台的半径均为125mm。
[0021]优选地，旋转柔性结构的弹簧钢片长60mm，宽10mm，厚0.2mm，第二球铰平台的半径为125mm，旋转平台的半径为65mm。
[0022]优选地，柔性铰链采用具有准零刚度特性的弯曲梁制成，弯曲梁上安装有正负电极，电荷放大器用于弯曲梁弯曲时放大输出电荷。
[0023]优选地，柔性铰链的高度为61.6mm，弯曲梁的厚度为0.2mm，弯曲梁由平滑的样条曲线形成。
[0024]优选地，每层柔性铰链平台均布设有4个激光位移传感器，4个激光位移传感器用于获取柔性铰链平台上四个点的位移信息。
[0025]优选地，四根细线分别通过线套两两固定于第二层柔性铰链平台和第四层柔性铰链平台，四根细线呈正交分布，细线的线径为2mm。
[0026]一种刚柔耦合系统多柔性体结构的振动测试方法，应用于上述的多柔性体结构刚柔耦合振动测控装置，包括以下步骤：
[0027]S1：本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种多柔性体结构刚柔耦合振动测控装置，其特征在于，包括多柔性体结构部分、振动检测部分、振动激励部分和驱动控制部分；多柔性体结构部分包括隔振单元平台、展开柔性结构、平移柔性结构和旋转柔性结构；隔振单元平台包括隔振单元，隔振单元包括主体框架、体心立方支撑架和减振单元，体心立方支撑架连接主体框架和减振单元；展开柔性结构包括驱动平台、第一连杆、展开层、第二连杆和驱动弹簧，两个驱动平台分别安装于柔性铰链平台，两个驱动平台通过驱动弹簧耦合连接，第一连杆一端与下层驱动平台铰接，第一连杆另一端与第二连杆的中点铰接，第二连杆一端与上层驱动平台铰接，第二连杆另一端与展开层铰接；平移柔性结构包括第一球铰平台、弹簧钢片、平移平台和球型铰链，第一球铰平台安装于柔性铰链平台，弹簧钢片一端通过球型铰链与第一球铰平台连接，弹簧钢片另一端与平移平台铰接；旋转柔性结构包括弹簧钢片、球型铰链、第二球铰平台和旋转平台，第二球铰平台安装于柔性铰链平台，弹簧钢片一端通过球型铰链与第二球铰平台连接，弹簧钢片另一端与旋转平台铰接；振动检测部分包括柔性铰链、挠曲电效应位移传感器、激光位移传感器和电荷放大器，挠曲电效应位移传感器安装于柔性铰链，激光位移传感器通过支架固定于柔性铰链平台，电荷放大器与柔性铰链连接，挠曲电效应位移传感器和激光位移传感器共同对柔性平台间的振动进行检测；振动激励部分包括线套、细线、绞盘、伺服电机、电机座和伺服电机驱动器，线套固定于柔性铰链平台，细线的固定端穿过线套固定于柔性铰链平台，细线的驱动端固定于绞盘，绞盘与伺服电机连接，伺服电机通过电机座固定于底座平台，伺服电机驱动器与伺服电机连接；驱动控制部分包括质量块、支撑梁、弓型梁、压电致动器、压电放大电路、端子板、运动控制卡和计算机，压电致动器安装于柔性铰链平台，压电致动器相对两侧分别安装弓型梁和质量块，支撑梁的固定端分别安装于质量块，支撑梁的自由端分别连接柔性铰链，压电放大电路与压电致动器连接，端子板与压电放大电路连接，激光位移传感器、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；挠曲电效应位移传感器和激光位移传感器采集支撑梁、弓型梁和柔性铰链的振动信号，振动信号通过端子板和运动控制卡传输至计算机，计算机根据柔性结构的振动信号生成对应的控制信号，控制信号通过运动控制卡和端子板输出至压电放大电路和伺服电机驱动器，通过伺服电机和细线控制柔性铰链平台的振动，通过压电致动器控制支撑梁和弓型梁的振动，通过柔性铰链的变形抑制柔性平台间的振动。2.根据权利要求1所述的多柔性体结构刚柔耦合振动测控装置，其特征在于，隔振单...
【专利技术属性】
技术研发人员：邱志成，郑梓烨，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。