本发明专利技术公开了一种一体式多分支柔性臂刚柔耦合振动测控装置，包括直线运动结构部分、柔性臂结构部分、振动检测部分、振动激励部分和驱动控制部分。由振动激励部分激励基座平台产生振动，实验平台与基座平台通过弹簧耦合产生振动，直线运动结构与实验平台通过弹簧耦合产生振动，柔性臂结构安装在直线运动结构上产生振动，形成刚柔耦合结构。激光位移传感器对振动检测标志点区域进行测量，得到柔性臂的振动信息。本发明专利技术能用来研究直线导轨摩擦、弹簧刚度等因素对柔性臂系统刚柔耦合运动的影响以及相应的振动控制方法。采用激光位移传感器进行了非接触测量，测量精度高，在多个方向上实现多频振动能量的完全收集，考虑了结构弹性对于振动特性的影响。对于振动特性的影响。对于振动特性的影响。
【技术实现步骤摘要】
一体式多分支柔性臂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一体式多分支柔性臂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。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种一体式多分支柔性臂刚柔耦合振动测控装置及方法，采用激光位移传感器进行非接触测量，测量精度高，在多个方向上实现多频振动能量的完全收集，考虑了结构弹性对于振动特性的影响。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0007]一种一体式多分支柔性臂刚柔耦合振动测控装置，包括直线运动结构部分、柔性臂结构部分、振动检测部分、振动激励部分和驱动控制部分；
[0008]直线运动结构部分包括第一连接板、连接弹簧、直线导轨、滑块、运动基座、实验平台、铝型材架、刚性支架和第二连接板，铝型材架分别与第一连接板和实验平台固定连接，直线导轨固定于铝型材架上，第二连接板分别与第一连接板和实验平台通过连接弹簧连接，运动基座两侧分别与滑块连接，刚性支架平行安装于运动基座上；
[0009]柔性臂结构部分包括第一柔性臂、第二柔性臂、第三柔性臂、第四柔性臂、耦合弹簧、第一质量块、磁体、第五柔性臂、第二质量块和第六柔性臂，第一柔性臂、第二柔性臂、第三柔性臂和第四柔性臂形成一体式多分支柔性臂，第一柔性臂、第二柔性臂、第三柔性臂的
固定端分别与第四柔性臂连接，第一柔性臂的自由端和上下两端面、第二柔性臂的上端面、第三柔性臂的下端面以及刚性支架与柔性臂的对应端面分别安装有磁体，且磁体间的相对表面为同性，磁体还通过磁体支架固定于刚性支架上且与第一柔性臂自由端的磁体相对表面为同性，第二柔性臂的自由端安装有第一质量块，第三柔性臂的自由端与第二柔性臂通过耦合弹簧连接，第四柔性臂两端与运动基座固定连接，第五柔性臂和第六柔性臂形成L型柔性臂，L型柔性臂通过固定支架安装于第二连接板上，第五柔性臂的固定端和第六柔性臂的自由端通过第二质量块固定连接，第五柔性臂的自由端安装有第二质量块，第六柔性臂的固定端与固定支架连接；
[0010]振动检测部分包括激光位移传感器，激光位移传感器分别固定于刚性支架和第二连接板上，并对第一柔性臂、第二柔性臂和第六柔性臂的振动进行监测，激光位移传感器的激光正对第一柔性臂、第二柔性臂和第六柔性臂的端面；
[0011]振动激励部分包括直线轴承、运动弹簧、支撑弹簧、轴环、光轴、轴支座、激振器、底座平台、信号发生器、功率放大器和基座平台，激振器安装于底座平台，激振器通过顶杆与基座平台连接，轴支座固定于底座平台上，光轴通过轴支座固定，轴环固定于光轴上，轴环通过支撑弹簧与基座平台连接，基座平台和实验平台通过运动弹簧耦合，基座平台和实验平台上安装直线轴承，基座平台和实验平台沿光轴做自由直线运动；信号发生器发出振动信号，经过功率放大器发送给激振器，激振器通过顶杆激励基座平台，通过弹簧耦合作用使实验平台和柔性臂产生振动；
[0012]驱动控制部分包括压电致动器、压电放大电路、端子板、运动控制卡和计算机，压电致动器设置于第一柔性臂、第二柔性臂、第四柔性臂和第六柔性臂的固定端，压电放大电路与压电致动器连接，激光位移传感器、压电放大电路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；激光位移传感器采集柔性臂的振动信号并通过端子板和运动控制卡传输至计算机，计算机生成对应的控制信号，并通过运动控制卡和端子板输出至压电放大电路，通过压电致动器控制柔性臂的振动。
[0013]优选地，连接弹簧的线径为3mm，原长为80mm，刚度系数为125N/m。
[0014]优选地，三个刚性支架平行安装于运动基座上，上层刚性支架与第一连接板的距离为71mm，中层刚性支架与上层刚性支架的距离为54mm，下层刚性支架与中层刚性支架的距离为86mm。
[0015]优选地，压电致动器为压电陶瓷片，压电致动器共有16片，第一柔性臂、第二柔性臂、第四柔性臂和第六柔性臂的上下端面各安装2片，双面对称安装。
[0016]优选地，压电致动器设置于距离柔性臂的固定端25mm位置处，位于相同端面的2片压电致动器分别距离柔性臂两侧10mm且关于柔性臂宽度方向中线对称，姿态角为0
°
。
[0017]优选地，滑块的运动行程为103mm。
[0018]优选地，振动激励部分还包括四个支脚，四个支脚安装于底座平台。
[0019]优选地，激振器的激振位置位于基座平台的正中央，顶杆的激振方向为竖直方向。
[0020]优选地，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。
[0021]一种一体式多分支柔性臂刚柔耦合振动测控方法，包括以下步骤：
[0022]S1：信号发生器发出振动信号，经功率放大器放大后发送给激振器，激振器通过顶
杆激励基座平台，通过弹簧耦合作用使实验平台和柔性臂产生振动；
[0023]S2：激光位移传感器采集柔性臂的振动信号，并通过端子板和运动控制卡传输至计算机；
[0024]S3：计算机生成对应的控制信号，并通过运动控制卡和端子板将控制信号输出至压电放大电路，通过压电致动器控制每一根柔性臂的振动。
[0025]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和有益效果：
[0026]1.本专利技术采用激光位移传感器进行非接触测量，避免了传统接触式测量方法的一些弊端，例如会引起附加效应，且对噪声敏感，测量的精度不高；激光位移传感器采用激光三角测量法，适用于高精度、短距离的测本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种一体式多分支柔性臂刚柔耦合振动测控装置，其特征在于，包括直线运动结构部分、柔性臂结构部分、振动检测部分、振动激励部分和驱动控制部分；直线运动结构部分包括第一连接板、连接弹簧、直线导轨、滑块、运动基座、实验平台、铝型材架、刚性支架和第二连接板，铝型材架分别与第一连接板和实验平台固定连接，直线导轨固定于铝型材架上，第二连接板分别与第一连接板和实验平台通过连接弹簧连接，运动基座两侧分别与滑块连接，刚性支架平行安装于运动基座上；柔性臂结构部分包括第一柔性臂、第二柔性臂、第三柔性臂、第四柔性臂、耦合弹簧、第一质量块、磁体、第五柔性臂、第二质量块和第六柔性臂，第一柔性臂、第二柔性臂、第三柔性臂和第四柔性臂形成一体式多分支柔性臂，第一柔性臂、第二柔性臂、第三柔性臂的固定端分别与第四柔性臂连接，第一柔性臂的自由端和上下两端面、第二柔性臂的上端面、第三柔性臂的下端面以及刚性支架与柔性臂的对应端面分别安装有磁体，且磁体间的相对表面为同性，磁体还通过磁体支架固定于刚性支架上且与第一柔性臂自由端的磁体相对表面为同性，第二柔性臂的自由端安装有第一质量块，第三柔性臂的自由端与第二柔性臂通过耦合弹簧连接，第四柔性臂两端与运动基座固定连接，第五柔性臂和第六柔性臂形成L型柔性臂，L型柔性臂通过固定支架安装于第二连接板上，第五柔性臂的固定端和第六柔性臂的自由端通过第二质量块固定连接，第五柔性臂的自由端安装有第二质量块，第六柔性臂的固定端与固定支架连接；振动检测部分包括激光位移传感器，激光位移传感器分别固定于刚性支架和第二连接板上，并对第一柔性臂、第二柔性臂和第六柔性臂的振动进行监测，激光位移传感器的激光正对第一柔性臂、第二柔性臂和第六柔性臂的端面；振动激励部分包括直线轴承、运动弹簧、支撑弹簧、轴环、光轴、轴支座、激振器、底座平台、信号发生器、功率放大器和基座平台，激振器安装于底座平台，激振器通过顶杆与基座平台连接，轴支座固定于底座平台上，光轴通过轴支座固定，轴环固定于光轴上，轴环通过支撑弹簧与基座平台连接，基座平台和实验平台通过运动弹簧耦合，基座平台和实验平台上安装直线轴承，基座平台和实验平台沿光轴做自由直线运动；信号发生器发出振动信号，经过功率放大器发送给激振器，激振器通过顶杆激励基座平台，通过弹簧耦合作用使实验平台和柔性臂产生振动；驱动控制部分包括压电致动器、压电放大电路、端子板、运动控制卡和计算机，压电致动器设置于第一柔性臂、第二柔性臂、第四柔性臂和第六柔性臂的固定端，压电放大电路与压电致动器连接，激光位...
【专利技术属性】
技术研发人员：邱志成，郑梓烨，刘浩然，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：
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