本发明专利技术涉及一种基于磁流变技术的柔性机械臂减振装置与方法，属于柔性机械臂振动控制技术领域。减振装置包括刚柔耦合机械臂、磁流变弹性体减振装置以及反馈控制回路，其中刚柔耦合机械臂由刚性机械臂、电机安装板、伺服电机、谐波减速器、柔性机械臂安装座和柔性机械臂组成，磁流变弹性体减振装置由铁芯、导杆、固定座、磁流变弹性体、永磁铁和电磁线圈组成，反馈控制回路由两个加速度传感器、电荷放大器、数据采集系统、PC上位机和程控电源组成。PC上位机通过对两个加速度传感器反馈信号的分析处理来调节电磁线圈两端的供给电压，进而改变磁流变弹性体的刚度，从而满足系统内共振的要求。本发明专利技术具有减振效果明显、耗能少，适合大振幅减振的特点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，它从非线性的角度构造基于磁流变技术的可控频率式减振装置，使柔性机械臂和减振装置之间形成能量交换的通道，将柔性机械臂的振动能量迁移至减振装置并由阻尼耗散，属于机械振动、柔性机械臂的运动控制等
技术介绍
柔性机械臂具有质量轻、承载能力大、运动灵活性强的优点，在航空航天、微电子制造、精密机械等领域得到了越来越多的应用。然而这类机械臂的低刚度和柔性化等特点不可避免地带来振动问题，如果不对振动进行有效地控制，其低频大幅振动会持续很长时间，这将严重降低机械臂的运动精度。针对这个问题，人们从不同视角对柔性机械臂的振动控制开展了广泛研究。例如，在结构设计方面，通过合理选取几何尺寸或形状提高基频，降低机械臂的柔性变形和振动；在减振构型设计方面，采用滑动质量可控的杆件实现柔性机械臂的轨迹控制；在控制规律设计方面，主动控制逐步取代传统被动控制，成为振动控制的主要发展方向。其中，利用伺服电机控制刚体运动的同时，附加压电陶瓷、形状记忆合金等机敏材料作为作动器，抑制柔性机械臂的弹性动力响应的方法已经成为当前的一个研究热点。当前的振动控制方法已在柔性效应较弱、可做线性化处理的柔性机械臂的一般振动方面取得了显著进展，但是，大幅非线性振动通常蕴含了强烈的振动能量，主动控制方法将不得不消耗更多的能量转变为控制力来抑制这种大幅振动。显然，这种做法并非总是妥当的，其能耗高、易过载的不足甚至使之得不偿失。更为重要的是，一般机敏材料的输出功率往往有限，因而难以提供足够能量来克服这种强烈振动，甚至面临着过载破坏的危险。由此可见，现有的控制方法难以应对柔性机械臂的大幅振动问题。此外，在高加速度、复杂名义运动环境下，柔性机械臂非线性动力学效应显著而致使动力学行为变得十分复杂，致使以线性振动控制为核心的动态性能优化问题进展缓慢、困难重重。通过对现有文献检索发现，近年来，已有人利用磁流变弹性体的材料特性来设计减振装置。例如，申请号CN200910071707. O的专利公开的船用磁流变弹性体智能吸振器和申请号CN200510094882. 3的专利公开的磁流变弹性体移频式吸振器及控制方法，对于柔性结构振动控制具有比较好的效果，但对于名义运动作用下刚柔耦合的柔性机械臂的大幅振动控制将难以实施。应当指出，柔性机械臂是一个高度耦合的非线性动力学与非线性控制系统。当在机械臂中考虑了柔性因素的时候，柔性机械臂的运动往往呈现非线性特征，柔性机械臂运动的特点是大范围的刚体运动与弹性运动之间相互影响、高度耦合。根据非线性振动理论，该系统的高度耦合非线性、低基频大柔性导致的几何非线性、模态密集以及多种控制力的联合作用，使该动力学系统存在着发生内共振的极大可能性，因此从非线性角度来分析柔性机械臂的动力学和控制问题有利于探索更有效的减振方法。内共振作为非线性多自由度系统特有的性质，一直视为有害而予以避免。然而，从积极的观点来研究内共振，有望为柔性机械臂的非线性振动控制提供新的途径。内共振是非线性多自由度系统的一种特有现象，在两自由度系统的非线性动力学方程中，如果线性部分的固有频率满足可公度或者接近可公度关系，也就是说A叫+m2ox_ 二 0(其中m1、m2是正整数，ω” ω2是线性部分固有频率)，这些频率的可公度关系能够引起相应模态很强的耦合，这就称为内共振。正是这些耦合的存在，使得能量能够在模态之间不断地交换，并且由系统内的阻尼耗散。因此，为解决航空航天、微电子制造、精密机械等领域中具有柔性机构，特别是具有单柔性机械臂的机械系统的大幅振动控制问题，本专利技术从非线性振动角度出发，应用内共振原理，提出了以磁流变弹性体磁致剪切刚度可变特性为基础的。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对当前柔性机械臂大幅非线性振动控制方法的欠缺及不足，为解决柔性机械系统(特别是具有刚柔耦合的柔性机械臂)在工作过程中的振动控制问题，提供。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案予以实现。本专利技术一种基于磁流变技术的柔性机械臂减振装置，其特征在于它包括刚柔耦合机械臂、安装在柔性机械臂上的磁流变弹性体减振装置以及反馈控制回路，其中刚柔耦合机械臂由刚性机械臂(I)、电机安装板(2)、法兰盘(3)、柔性机械臂安装座(4)、柔性机械臂安装板(5)、柔性机械臂(7)、谐波减速器(19)和伺服电机(20)组成；刚性机械臂(I)端面上加工有螺纹孔，电机安装板(2)侧面上加工有沉头孔，通过内六角螺钉将刚性机械臂(I)和电机安装板(2)固连；谐波减速器(19)和伺服电机(20)通过法兰盘使用内六角螺栓与螺母安装在电机安装板(2)上；柔性机械臂安装座(4)、柔性机械臂安装板(5)、柔性机械臂(7)之间通过内六角螺钉或内六角螺栓与螺母固连，最后通过法兰盘(3)使用内六角螺钉与谐波减速器(19 )安装在一起。 磁流变弹性体减振装置由铁芯(8 )、导杆(9 )、固定座(10 )、振动板(11)、电磁线圈(12)、磁流变弹性体(14)、永磁铁(16)、滑动板(17)和滑动套(18)组成；铁芯(8) —边中间开有缺口，用于安装磁流变弹性体(14 )和振动板(11)，铁芯(8 )缺口两侧长方体倒角处理用于缠绕电磁线圈(12);振动板(11)呈T形，底面通过导杆(9)的螺纹并使用螺母和固定座(10)固定，安装于柔性机械臂(7)上，伸出板的两侧粘贴磁流变弹性体(14)，然后插入到铁芯(8)缺口内固定；滑动板(17)为方环形结构，可以从铁芯(8)的一端插入，并使用滑动板(17)上的内环伸出板(21)与铁芯(8)粘贴在一起；滑动套(18)过盈安装于滑动板(17)的孔内，与导杆(9)形成相对运动件，降低摩擦影响；永磁铁(16)吸附于铁芯(8)两侧，作为磁流变弹性体(14)的另一个磁源。反馈控制回路由加速度传感器A (6)、加速度传感器B (13)、电荷放大器(22)、数据采集系统(23)、PC上位机(24)和程控电源(25)组成；加速度传感器A (6)垂直安装在柔性机械臂(7)与伺服电机(20)的结合端；加速度传感器B (13)垂直安装在柔性机械臂(7)的末端执行处。 所述的基于磁流变技术的柔性机械臂减振装置，其特征在于柔性机械臂(7)末端安装有机械手(15)。所述的基于磁流变技术的柔性机械臂减振装置，其特征在于吸附于铁芯(8)两侧的永磁铁(16 )可以是两个或者两个以上数量，相互叠加。所述的基于磁流变技术的柔性机械臂减振装置，其特征在于过盈安装于滑动板(17)上的滑动套(18)可以采用直线轴承代替，且直线轴承通过螺栓与螺母安装于滑动板(17)上。本专利技术一种基于磁流变技术的柔性机械臂减振方法，其特征在于减振控制方法主要通过反馈控制回路来完成，反馈控制回路由加速度传感器A(6)、加速度传感器B(13)、电荷放大器(22)、数据采集系统(23)、PC上位机(24)和程控电源(25)组成；两个加速度传感器(6、13 )的反馈信号经过电荷放大器(22 )放大后传入数据采集系统(23 )，然后PC上位机(24)对数据采集系统(23)采集的数据进行处理并向程控电源(25)发出控制信号，改变电磁线圈(12 )中的电压和电流，最后不同电压、电流下的电磁线圈(12 )在磁流变弹性体(14)处形成不同的磁场，改变磁流变弹性体(14)的刚度本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于磁流变技术的柔性机械臂减振装置，其特征在于它包括刚柔耦合机械臂、安装在柔性机械臂上的磁流变弹性体减振装置以及反馈控制回路，其中：刚柔耦合机械臂由刚性机械臂（1）、电机安装板（2）、法兰盘（3）、柔性机械臂安装座（4）、柔性机械臂安装板（5）、柔性机械臂（7）、谐波减速器（19）和伺服电机（20）组成；刚性机械臂（1）端面上加工有螺纹孔，电机安装板（2）侧面上加工有沉头孔，通过内六角螺钉将刚性机械臂（1）和电机安装板（2）固连；谐波减速器（19）和伺服电机（20）通过法兰盘使用内六角螺栓与螺母安装在电机安装板（2）上；柔性机械臂安装座（4）、柔性机械臂安装板（5）、柔性机械臂（7）之间通过内六角螺钉或内六角螺栓与螺母固连，最后通过法兰盘（3）使用内六角螺钉与谐波减速器（19）安装在一起；磁流变弹性体减振装置由铁芯（8）、导杆（9）、固定座（10）、振动板（11）、电磁线圈（12）、磁流变弹性体（14）、永磁铁（16）、滑动板（17）和滑动套（18）组成；铁芯（8）一边中间开有缺口，用于安装磁流变弹性体（14）和振动板（11），铁芯（8）缺口两侧长方体倒角处理用于缠绕电磁线圈（12）；振动板（11）呈T形，底面通过导杆（9）的螺纹并使用螺母和固定座（10）固定，安装于柔性机械臂（7）上，伸出板的两侧粘贴磁流变弹性体（14），然后插入到铁芯（8）缺口内固定；滑动板（17）为方环形结构，可以从铁芯（8）的一端插入，并使用滑动板（17）上的内环伸出板（21）与铁芯（8）粘贴在一起；滑动套（18）过盈安装于滑动板（17）的孔内，与导杆（9）形成相对运动件，降低摩擦影响；永磁铁（16）吸附于铁芯（8）两侧，作为磁流变弹性体（14）的另一个磁源；反馈控制回路由加速度传感器A（6）、加速度传感器B（13）、电荷放大器（22）、数据采集系统（23）、PC上位机（24）和程控电源（25）组成；加速度传感器A（6）垂直安装在柔性机械臂（7）与伺服电机（20）的结合端；加速度传感器B（13）垂直安装在柔性机械臂（7）的末端执行处。...
【技术特征摘要】
1.一种基于磁流变技术的柔性机械臂减振装置，其特征在于它包括刚柔耦合机械臂、安装在柔性机械臂上的磁流变弾性体减振装置以及反馈控制回路，其中 刚柔耦合机械臂由刚性机械臂(I)、电机安装板(2)、法兰盘(3)、柔性机械臂安装座(4)、柔性机械臂安装板(5)、柔性机械臂(7)、谐波减速器(19)和伺服电机(20)组成；刚性机械臂(I)端面上加工有螺纹孔，电机安装板(2)侧面上加工有沉头孔，通过内六角螺钉将刚性机械臂(I)和电机安装板(2)固连；谐波减速器(19)和伺服电机(20)通过法兰盘使用内六角螺栓与螺母安装在电机安装板(2)上；柔性机械臂安装座(4)、柔性机械臂安装板(5)、柔性机械臂(7)之间通过内六角螺钉或内六角螺栓与螺母固连，最后通过法兰盘(3)使用内六角螺钉与谐波减速器(19)安装在一起； 磁流变弾性体减振装置由铁芯(8)、导杆(9)、固定座(10)、振动板(11)、电磁线圈(12)、磁流变弾性体(14)、永磁铁(16)、滑动板(17)和滑动套(18)组成；铁芯(8) —边中间开有缺ロ，用于安装磁流变弾性体(14 )和振动板(11)，铁芯(8 )缺ロ两侧长方体倒角处理用于缠绕电磁线圈(12);振动板(11)呈T形，底面通过导杆(9)的螺纹并使用螺母和固定座(10)固定，安装于柔性机械臂(7)上，伸出板的两侧粘贴磁流变弾性体(14)，然后插入到铁芯(8)缺口内固定；滑动板(17)为方环形结构，可以从铁芯(8)的一端插入，并使用滑动板(17)上的内环伸出板(21)与铁芯(8)粘贴在一起；滑动套(18)过盈安装于滑动板(17)的孔内，与导杆(9)形成相对运动件，降低摩擦影响；永磁铁(16)吸附于铁芯(8)两侧，作为磁流变弾性体(14)的另ー个磁源； 反馈控制回路由加速度传感器A (6)、加速度传感器B (13)、电荷放大器(22)、数据采集系统(23)、PC上位机(24)和程控电源(25)组成；加速度传感器A (6)垂直安装在柔性机械臂(7)与伺服电机(20)的结合端；加速度传感器B (13)垂直安装在柔性机械臂(7)的末端执行处。2.根据权利要求1所述的基于磁流变技术的柔性机械臂减振装置，其特征在于柔性机械臂(7)末端安装有机械手(15)。3.根据权利要求1所述的基于磁流变技术的柔性机械臂减振装置，其特征在于吸附于铁芯(8)两侧的永磁铁(16)可以是两个或者两个以上数量，相互叠加。4.根据权利要求1所述的基于磁流变技术的柔性机械臂减振装置，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：高志慧，邓玉春，边宇枢，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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