一种悬臂末端振动分析与误差补偿方法技术

本发明专利技术公开了一种悬臂末端振动分析与误差补偿方法，其中，悬臂低频振动由基体Stewart平台模拟，执行器末端位置误差由定位Stewart平台依据激光位移传感器测得值进行补偿；悬臂高频振动由基体Stewart平台提供参数化标准激励的缩小一定比例的悬臂模拟，执行器末端位置误差由悬臂分布参数动力学模型与力传感器测得值得到，由定位Stewart平台依据对其进行补偿，其补偿效果由激光位移传感器评定。本发明专利技术依据悬臂精确动力学模型和力传感器测得值得到的悬臂末端位置误差，提高了定位Stewart平台的误差补偿的精度和效率；同时，利用定位Stewart平台补偿悬臂低/高频振动引起的位置误差，提高了执行器的静态和动态定位精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机械振动与机器人技术应用领域，特别是关于一种悬臂振动分析与误差补偿方法。
技术介绍
柔性悬臂因具有质量轻、运动速度快等优点，在无人遥感作业、精密制造和国防等应用领域占有十分重要的地位。但由于柔性悬臂挠度大、阻尼小，在运动过程中易受外力作用而产生持续振动，影响末端定位精度与效率，限制了它的进一步应用。工程实践中使用的悬臂长度一般大于5m，占用空间大，使得实验平台搭建不方便，且平台成本高，给悬臂的振动分析带来了困难。同时，对于细长比超出一定值的悬臂，末端位置误差由低频引起的静态形变和高频动态振动产生，这给悬臂快速、高精度定位得实现提出了新挑战。现有技术中，解决上述问题的方法主要是振动抑制法和误差补偿法。其中，振动抑制法是利用软件仿真分析，如Ansys、B&K Pulse等，得到悬臂振动模态。依据所得振动模态，在悬臂上增加附件结构，抑制其振动，达到高精度定位的目的。该方法结构简单，能够较好地抑制高频振动，在工程中已得到广泛应用。但该振动抑制方法缺乏灵活性，对低频振动抑制效果欠佳；误差补偿方法是采用主动执行机构补偿形变或振动引起的位置误差，达到提高末端定位精度的目的。哈尔滨工业大学专利200410013627.7涉及一种六自由度并联机器人实现精密定位的方法，该方法对低频振动引起的位置误差能够进行有效补偿，但对高频振动引起的误差的补偿效率低且精度差。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出一种用于分析悬臂低/高频振动产生的误差进行补偿的方法。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案:—种悬臂末端振动分析与误差补偿方法,其特征在于，所述方法涉及基体Stewart平台、缩小一定比例的悬臂、力传感器、定位Stewart平台、执行器和激光位移传感器；其中，所述基体Stewart平台的固定平台固定于安全墙上，其运动平台与悬臂的一端固定连接，另一端通过力传感器与定位Stewart平台的固定平台连接；定位Stewart平台的运动平台与执行器刚性连接，所述激光位移传感器使其发出的激光垂直于所述执行器末端表面；所述方法包括对低频悬臂末端的振动分析与误差补偿，具体包括如下步骤:步骤101:通过基体Stewart平台的运动带动与其固定相连的悬臂产生低频振动；步骤102:激光位移传感器测得执行器末端的位置偏移，并将该偏移量作为定位Stewart平台的输入量；步骤103:利用Stewart平台关节空间运动力学模型,通过控制定位Stewart平台的运动，完成对执行器末端位置误差的补偿。进一步的，所述方法还包括对悬臂末端的高频振动分析与误差补偿，具体包括如下步骤:步骤201:通过基体Stewart平台的运动带动与其相连的悬臂末端产生所需频率的高频振动；步骤202:建立悬臂精确分布参数动力学模型，获得悬臂末端位置误差变化规律的表达式；步骤203:依据力传感器测得的悬臂末端受力的大小，得到悬臂末端位置实际误差变化规律，再利用Stewart平台关节空间运动力学模型,通过控制定位Stewart平台的电机，实现其伸缩杆长度的变化，完成对由于悬臂高频振动引起的执行器末端位置误差的反向补偿。进一步的，步骤201中进一步包括,所述基体Stewart平台提供参数化标准激励，使悬臂末端产生所需频率的高频振动。进一步的，所述步骤203进一步包括:当所受外力作用于悬臂末端时，其末端位置误差为随时间变化的正弦曲线。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点:1、基体Stewart平台既能分析悬臂低频振动,又能够为悬臂高频振动提供参数化标准激励，为悬臂振动抑制提供了基础条件；2、依据悬臂精确动力学模型和六自由度力/力矩传感器测得值得到的悬臂末端位置误差，提高了定位Stewart平台的误差补偿的精度和效率；3、定位Stewart平台能够补偿悬臂低/高频振动引起的位置误差，提高了执行器的静态和动态定位精度。附图说明图1是悬臂振动分析与误差补偿系统方法的组成结构示意图。图2是悬臂低频振动引起的误差补偿的组织方案。图3是悬臂高频振动引起的误差补偿的组织方案。具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。图1为悬臂振动分析与误差补偿方法的组成结构示意图，其整体结构包括基体Stewart平台2、缩小一定比例的悬臂3、力传感器4、定位Stewart平台5、执行器6和激光位移传感器7。其中，Stewart平台由电机、运动平台、固定平台和六个并联的、可独立伸缩的连杆组成。通过电机控制伸缩杆的长度变化，完成运动平台位置和姿态变换；执行器为现有技术中的任何一种执行器。所述基体Stewart平台2的固定平台固定于安全墙I上，其运动平台与悬臂3的一端固定连接,另一端通过力传感器4与定位Stewart平台5的固定平台连接；定位Stewart平台的运动平台与执行器6刚性连接,激光位移传感器7发出的激光垂直于被测物体(执行器末端)表面。悬臂低频振动由基体Stewart平台模拟，执行器末端位置误差由定位Stewart平台依据激光位移传感器测得值进行补偿；悬臂高频振动由基体Stewart平台提供参数化标准激励的缩小一定比例的悬臂模拟，执行器末端位置误差由悬臂分布参数动力学模型与力传感器测得值得到，由定位Stewart平台依据对其进行补偿，其补偿效果由激光位移传感器评定。本专利技术实施例中，图2为悬臂低频振动分析与误差补偿方法的组织方案，在该方案中力传感器作为连接组件，将悬臂与定位Stewart平台刚性连接起来,具体包括下述步骤:步骤101:悬臂受外力作用产生低频振动。通过基体Stewart平台的电机控制六个独立伸缩杆的长度变化，实现其运动平台运动，从而带动与其固定相连的悬臂产生低频振动；步骤102:激光·位移传感器测得执行器末端的位置偏移，并将该偏移量作为定位Stewart平台的输入量；步骤103:利用Stewart平台关节空间运动力学模型,通过控制定位Stewart平台的电机，实现其六个伸缩杆长度的变化，从而实现对输入的所述偏移量的反向补偿，提高了执行器的定位精度。本专利技术实施例中，图3为悬臂高频振动分析与误差补偿方法的组织方案，包括下述步骤:步骤201:基体Stewart平台提供参数化标准激励，使悬臂末端产生所需频率的高频振动。通过对基体Stewart平台的电机进行控制,使其运动平台产生一定频率的高频运动，从而使与其固定相连的缩小一定比例的悬臂末端产生所需频率的高频振动；步骤202:建立悬臂精确分布参数动力学模型，并获得悬臂末端位置误差变化规律wt (t)的表达式:本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种悬臂末端振动分析与误差补偿方法，其特征在于，所述方法涉及基体Stewart平台、缩小一定比例的悬臂、力传感器、定位Stewart平台、执行器和激光位移传感器；其中，所述基体Stewart平台的固定平台固定于安全墙上，其运动平台与悬臂的一端固定连接，另一端通过力传感器与定位Stewart平台的固定平台连接；定位Stewart平台的运动平台与执行器刚性连接，所述激光位移传感器使其发出的激光垂直于所述执行器末端表面；所述方法包括对悬臂末端的低频振动分析与误差补偿，具体包括如下步骤：步骤101：通过基体Stewart平台的运动带动与其固定相连的悬臂产生低频振动；步骤102：激光位移传感器测得执行器末端的位置偏移，并将该偏移量作为定位Stewart平台的输入量；步骤103：利用Stewart平台关节空间运动力学模型，通过控制定位Stewart平台的电机，实现其伸缩杆长度的变化，从而实现对所述输入的偏移量的反向补偿。

【技术特征摘要】
1.一种悬臂末端振动分析与误差补偿方法，其特征在于，所述方法涉及基体Stewart平台、缩小一定比例的悬臂、力传感器、定位Stewart平台、执行器和激光位移传感器；其中，所述基体Stewart平台的固定平台固定于安全墙上，其运动平台与悬臂的一端固定连接，另一端通过力传感器与定位Stewart平台的固定平台连接；定位Stewart平台的运动平台与执行器刚性连接，所述激光位移传感器使其发出的激光垂直于所述执行器末端表面； 所述方法包括对悬臂末端的低频振动分析与误差补偿，具体包括如下步骤: 步骤101:通过基体Stewart平台的运动带动与其固定相连的悬臂产生低频振动；步骤102:激光位移传感器测得执行器末端的位置偏移，并将该偏移量作为定位Stewart平台的输入量； 步骤103:利用Stewart平台关节空间运动力学模型,通过控制定位Stewart平台的电机，实现其伸缩杆长度的变化，从而实现对所述输入的偏移量的反向补...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘衍，王学伟，吴保林，徐德，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：