【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机械臂，尤其涉及一种可测量末端振动状态的两连杆刚柔耦合型机械臂系统。
技术介绍
1、随着工业生产、航空航天等领域的不断发展，人们对工业机器人操作的安全性、精密性、灵活性、轻量型的要求不断提高，运用细长连杆结构的柔性机械臂显示出强大的优势。一方面，针对柔性机械臂的特性来专门研究柔性所致系统弹性振动的抑制方法，可以大大提高机械臂的控制精度；另一方面，柔性机械臂的柔性连杆一般采用刚度较小的材料设计，且为细长杆结构，这样的设计不仅增加了机械臂的灵活性、轻量型，还进一步扩大了机械臂的工作面积。此外，柔性软材料的应用也在一定程度上保障了人机交互的安全性。
2、然而，往往刚柔耦合型机械臂系统的杆长和负载质量是固定的，难以验证在不同杆长和负载情况下所设计控制器的有效性；刚柔耦合型机械臂中具有大量电源线和传感器导线，比如应变传感器的电源和信号线，电机的电源线和通讯线，在机械臂运动的过程中会出现绕线情况，如果发现不及时，很有可能导致导线断裂，影响机械臂系统的正常工作。此外，柔性杆的末端振动位移很难在机械臂运动时测量，一般是通过应变传感器来反映柔性杆振动情况，但是在实际测量中，应变片测量的振动状态与柔性杆末端位移不是呈一个简单的比例关系，会影响控制效果。
技术实现思路
1、有鉴于此，为了解决刚柔耦合型机械臂柔性连杆末端位移的准确监测、以及绕线问题，本专利技术的实施例提供了一种可测量末端振动状态的两连杆刚柔耦合型机械臂系统。
2、本专利技术的实施例提供一种可测量末端振
3、刚性连杆组件；
4、柔性连杆组件，其包括柔性连杆和应变片传感器，所述柔性连杆后端连接所述刚性连杆组件，所述应变片传感器设置于所述柔性连杆的后端；
5、以及控制器，其连接所述应变片传感器，以获取所述柔性连杆的振动应变，根据振动应变和振动挠度的传递函数计算出所述柔性连杆末端的振动挠度，其中所述传递函数按照如下方式获得：
6、s1、获取所述柔性连杆振动不同振动幅度下的振动应变和振动挠度；
7、s2、建立振动应变和振动挠度的传递函数模型：
8、
9、其中a1,a2,a3为传递函数模型的参数；
10、s3、将振动应变作为输入、振动挠度作为输出，通过最小二乘法来识别传递函数模型的各个参数，从而获取所述柔性连杆的振动应变和振动挠度的传递函数。
11、进一步地，所述步骤s1中，控制所述柔性连杆以不同的初始末端挠度开始振动，获得对应的振动应变和振动挠度。
12、进一步地，所述柔性连杆组件还包括第一驱动电机和夹持块，所述第一驱动电机固定于所述刚性连杆组件的前端，所述第一驱动电机中空设置，所述夹持块固定于所述第一驱动电机上部，所述柔性连杆后端被所述夹持块夹紧固定，所述夹持块上位于所述应变片传感器的后方设有穿孔，所述应变片传感器的导线穿过所述穿孔，并沿着所述第一驱动电机中部向下延伸进入所述刚性连杆组件。
13、进一步地，所述应变片传感器包括应变片、以及与所述应变片连接的电路模块，所述夹持块包括固定盘、以及设置于所述固定盘前侧的夹持板，所述夹持板夹紧所述柔性连杆的后端，所述应变片粘接固定于所述柔性连杆的后端，所述电路模块固定于所述夹持板表面。
14、进一步地，所述刚性连杆组件包括刚性连杆，所述第一驱动电机固定于所述刚性连杆的前端，所述刚性连杆设有进线槽，所述应变片传感器的导线和所述第一驱动电机的导线由所述进线槽进入所述刚性连杆内。
15、进一步地，所述刚性连杆包括碳纤维板和刚性铝板，所述碳纤维板设置于所述刚性铝板的上方，且所述碳纤维板和所述刚性铝板之间中空设置。
16、进一步地，所述进线槽设置于所述炭纤维板上，所述应变片传感器的导线和所述第一驱动电机的导线由所述进线槽进入所述炭纤维板和所述刚性铝板之间。
17、进一步地，所述刚性连杆组件包括第二驱动电机，所述刚性连杆后端连接所述第二驱动电机。
18、进一步地，所述刚性连杆组件包括电机基座，所述第二驱动电机安装于所述电机基座上。
19、进一步地，所述控制器分别连接所述第一驱动电机和所述第二驱动电机，以控制所述第一驱动电机和所述第二驱动电机转动。
20、本专利技术的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
21、1、本专利技术的一种可测量末端振动状态的两连杆刚柔耦合型机械臂系统，通过柔性连杆后端的应变片传感器监测柔性连杆的振动应变，并根据振动应变和振动挠度的传递函数可计算出柔性连杆末端的振动挠度，从而得到柔性连杆末端实际振动挠度，控制器可根据柔性连杆末端实际振动挠度控制柔性连杆准确转动至目标位置，避免应变传感器因迟滞特性，无法准确控制，使柔性连杆的振动得到抑制。控制器能根据两个电机的实时角度状态反馈和柔性杆实时振动挠度反馈来使两个连杆转动至目标位置并使柔性连杆末端振动挠度趋向于0，即振动得到抑制，克服了应变传感器的迟滞特性，提升控制器的控制性能。
22、2、本专利技术的一种可测量末端振动状态的两连杆刚柔耦合型机械臂系统，通过在柔性连杆的夹持块上设置穿孔，并在刚性连杆上设置进线槽，将应变片传感器的导线布置于第一驱动电机内部，并将应变片传感器的导线和第一驱动电机的导线沿着刚性连杆内部布线，具有良好的防绕效果，能使柔性连杆和刚性连杆能旋转360度，大大增加了机械臂的活动范围。
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1.一种可测量末端振动状态的两连杆刚柔耦合型机械臂系统，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的一种可测量末端振动状态的两连杆刚柔耦合型机械臂系统，其特征在于：所述步骤S1中，控制所述柔性连杆以不同的初始末端挠度开始振动，获得对应的振动应变和振动挠度。
3.如权利要求1所述的一种可测量末端振动状态的两连杆刚柔耦合型机械臂系统，其特征在于：所述柔性连杆组件还包括第一驱动电机和夹持块，所述第一驱动电机固定于所述刚性连杆组件的前端，所述第一驱动电机中空设置，所述夹持块固定于所述第一驱动电机上部，所述柔性连杆后端被所述夹持块夹紧固定，所述夹持块上位于所述应变片传感器的后方设有穿孔，所述应变片传感器的导线穿过所述穿孔，并沿着所述第一驱动电机中部向下延伸进入所述刚性连杆组件。
4.如权利要求3所述的一种可测量末端振动状态的两连杆刚柔耦合型机械臂系统，其特征在于：所述应变片传感器包括应变片、以及与所述应变片连接的电路模块，所述夹持块包括固定盘、以及设置于所述固定盘前侧的夹持板，所述夹持板夹紧所述柔性连杆的后端，所述应变片粘接固定于所述柔性连杆的后端，所述电
5.如权利要求4所述的一种可测量末端振动状态的两连杆刚柔耦合型机械臂系统，其特征在于：所述刚性连杆组件包括刚性连杆，所述第一驱动电机固定于所述刚性连杆的前端，所述刚性连杆设有进线槽，所述应变片传感器的导线和所述第一驱动电机的导线由所述进线槽进入所述刚性连杆内。
6.如权利要求5所述的一种可测量末端振动状态的两连杆刚柔耦合型机械臂系统，其特征在于：所述刚性连杆包括碳纤维板和刚性铝板，所述碳纤维板设置于所述刚性铝板的上方，且所述碳纤维板和所述刚性铝板之间中空设置。
7.如权利要求6所述的一种可测量末端振动状态的两连杆刚柔耦合型机械臂系统，其特征在于：所述进线槽设置于所述炭纤维板上，所述应变片传感器的导线和所述第一驱动电机的导线由所述进线槽进入所述碳纤维板和所述刚性铝板之间。
8.如权利要求5所述的一种可测量末端振动状态的两连杆刚柔耦合型机械臂系统，其特征在于：所述刚性连杆组件包括第二驱动电机，所述刚性连杆后端连接所述第二驱动电机。
9.如权利要求8所述的一种可测量末端振动状态的两连杆刚柔耦合型机械臂系统，其特征在于：所述刚性连杆组件包括电机基座，所述第二驱动电机安装于所述电机基座上。
10.如权利要求9所述的一种可测量末端振动状态的两连杆刚柔耦合型机械臂系统，其特征在于：所述控制器分别连接所述第一驱动电机和所述第二驱动电机，以控制所述第一驱动电机和所述第二驱动电机转动。
...【技术特征摘要】
1.一种可测量末端振动状态的两连杆刚柔耦合型机械臂系统，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的一种可测量末端振动状态的两连杆刚柔耦合型机械臂系统，其特征在于：所述步骤s1中，控制所述柔性连杆以不同的初始末端挠度开始振动，获得对应的振动应变和振动挠度。
3.如权利要求1所述的一种可测量末端振动状态的两连杆刚柔耦合型机械臂系统，其特征在于：所述柔性连杆组件还包括第一驱动电机和夹持块，所述第一驱动电机固定于所述刚性连杆组件的前端，所述第一驱动电机中空设置，所述夹持块固定于所述第一驱动电机上部，所述柔性连杆后端被所述夹持块夹紧固定，所述夹持块上位于所述应变片传感器的后方设有穿孔，所述应变片传感器的导线穿过所述穿孔，并沿着所述第一驱动电机中部向下延伸进入所述刚性连杆组件。
4.如权利要求3所述的一种可测量末端振动状态的两连杆刚柔耦合型机械臂系统，其特征在于：所述应变片传感器包括应变片、以及与所述应变片连接的电路模块，所述夹持块包括固定盘、以及设置于所述固定盘前侧的夹持板，所述夹持板夹紧所述柔性连杆的后端，所述应变片粘接固定于所述柔性连杆的后端，所述电路模块固定于所述夹持板表面。
5.如权利要求4所述的一种可测量末端振动状态的两连杆刚柔耦合型机械臂系统，其特征在于：所述刚性连杆组件包...
【专利技术属性】
技术研发人员：孟庆鑫，朱明亮，肖家馨，孙学枫，王亚午，吴俊东，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：
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