一种柔性机械臂主动振动控制器 |
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| 申请号 | CN201710021067.7 | 申请日 | 2017-01-11 | 公开(公告)号 | CN106625777A | 公开(公告)日 | 2017-05-10 |
| 申请人 | 安徽工程大学; | 发明人 | 王海; 陈希; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种柔性 机械臂 主动振动 控制器 ，属于对柔性机械臂的振动实现振动抑制的技术，包括传感压电片、驱动压电片、 数据采集 板、驱动电源、驱动电源系统和上位机，柔性机械臂通过夹具紧固在激振台上，激振台依次连接有功率 放大器 和 信号 发生器，传感压电片粘贴在柔性机械臂的一侧连接到数据采集板上，在柔性机械臂的另外一侧粘贴四 块 驱动压电片，驱动电源连接驱动压电片，上位机通过驱动电源系统控制驱动电源；本发明通过在柔性机械臂上 定位 安装传感压电片和驱动压电片，解决了传统柔性机械臂被动或主动控制方法的问题，具有机构简单、压电效率高等优点，根据传感压电片的检测数据不同，振动的驱动压电片 位置 不同，抑振效果更好。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种柔性机械臂主动振动控制器，其特征在于，所述柔性机械臂主动振动控制器包括传感压电片(5)、驱动压电片(4)、数据采集板(7)、驱动电源(6)、驱动电源系统和上位机(8)，柔性机械臂(3)通过夹具(2)紧固在激振台(1)上，激振台(1)依次连接有功率放大器(9)和信号发生器(10)，传感压电片(5)可拆卸粘贴在柔性机械臂(3)的一侧连接到数据采集板(7)上，在柔性机械臂(3)的另外一侧粘贴四块驱动压电片(4)，驱动电源(6)连接驱动压电片(4)，上位机(8)通过驱动电源系统控制驱动电源(6)。 |
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| 说明书全文 | 一种柔性机械臂主动振动控制器技术领域[0001] 本发明属于对柔性机械臂的振动实现振动抑制的技术，涉及一种柔性机械臂主动振动控制器。 背景技术[0002] 柔性机器人在高速运动的场合，运动结构的惯性力将变大，导致了柔性结构的弹性变形，产生了柔性臂的振动。由于柔性机械臂的弹性变形，执行末端难以获得较高的工作精度。传统被动控制方法通过布置阻尼材料降低结构振动水平，这些方法附加质量大，控制频带窄，低频控制效果差。 [0003] 柔性臂振动主动控制方法控制频带宽，且基于压电陶瓷(PZT)材料的主动控制虽然相比于被动控制具有机构简单，压电效率高等优点，但大多致力于使用一对或多对PZT传感器与驱动器构建闭环控制系统实现抑振。基于压电材料的控制器大多以固定数量及位置的PZT片构建。然而，对于不同频率振动下的柔性机构，可变位置与结构的压电材料控制器的控制效果更佳。对于不同频率的振动，PZT材料的最优粘贴位置也是不同的。 发明内容[0004] 根据以上现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提出一种柔性机械臂主动振动控制器，通过在柔性机械臂上定位安装传感压电片和驱动压电片，解决了传统柔性机械臂被动或主动控制方法的问题，具有机构简单、压电效率高等优点，根据传感压电片的检测数据不同，振动的驱动压电片位置不同，抑振效果更好。 [0005] 为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种柔性机械臂主动振动控制器，所述柔性机械臂主动振动控制器包括传感压电片、驱动压电片、数据采集板、驱动电源、驱动电源系统和上位机，柔性机械臂通过夹具紧固在激振台上，激振台依次连接有功率放大器和信号发生器，传感压电片可拆卸粘贴在柔性机械臂的一侧连接到数据采集板上，在柔性机械臂的另外一侧粘贴四块驱动压电片，驱动电源连接驱动压电片，上位机通过驱动电源系统控制驱动电源。 [0006] 上述装置中，所述传感压电片粘贴在柔性臂表面动态应变幅值最大处处。所述驱动压电片安装在柔性机械臂在一阶谐振频率、二阶谐振频率和三阶谐振频率下的最大应变处。所述传感压电片可拆卸地粘贴固定在柔性机械臂在一阶谐振频率、二阶谐振频率和三阶谐振频率下的最大应变处。所述驱动压电片包括第一驱动压电片、第二驱动压电片、第三驱动压电片和第四驱动压电片，第一驱动压电片安装在柔性机械臂在一阶谐振频率下的最大应变处，第三驱动压电片安装在柔性机械臂在二阶谐振频率下的最大应变处，第二驱动压电片和第四驱动压电片安装在柔性机械臂在三阶谐振频率下的最大应变处。所述将传感压电片粘贴在柔性机械臂表面应变较大处后在常温下静置24小时。 [0007] 本发明有益效果是:本发明具有机构简单、抑振效率高等优点。基于多组传感压电片/驱动压电片的振动控制方法，可实现在较宽频带范围内柔性机械臂的振动抑制。通过闭环反馈控制策略，使得柔性机械臂的主动控制具备较好的鲁棒性。附图说明 [0009] 图1是本发明的具体实施方式的柔性机械臂主动振动控制器的结构示意图。 [0010] 图2是本发明的具体实施方式的驱动压电片的安装位置示意图。 [0011] 图中1、激振台，2、夹具，3、柔性机械臂，4、驱动压电片，5、传感压电片，6、驱动电源，7、数据采集板，8、上位机，9、功率放大器，10、信号发生器，11、第一驱动压电片，12、第二驱动压电片，13、第三驱动压电片，14、第四驱动压电片。 具体实施方式[0012] 下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。 [0013] 如图1和2所示，1、激振台1，2、夹具2，3、柔性机械臂3，4、驱动压电片，5、传感压电片5，6、驱动电源6，7、数据采集板7，8、上位机8，9、功率放大器9，10、信号发生器10，11、第一驱动压电片11，12、第二驱动压电片12，13、第三驱动压电片13，14、第四驱动压电片14。 [0014] 一种柔性机械臂主动振动控制器，包括传感压电片5、驱动压电片4、数据采集板7、驱动电源6、驱动电源系统和上位机8，柔性机械臂3通过夹具2紧固在激振台1上，激振台1依次连接有功率放大器9和信号发生器10，传感压电片5可拆卸粘贴在柔性机械臂3的一侧连接到数据采集板7上，在柔性机械臂3的另外一侧粘贴四块驱动压电片，驱动电源6连接驱动压电片，上位机8连接驱动电源系统(附图未画出)，驱动电源系统连接驱动电源6。传感压电片5的位置是变化的，与驱动压电片4对称粘贴，传感压电片与柔性臂粘贴的那一面是金属片，由于柔性机械臂是碳纤维材料，比如可用双面胶带将压电片粘贴在柔性臂上，并且更改位置时可以拆掉。 [0015] 传感压电片5粘贴在柔性臂表面动态应变幅值最大处。驱动压电片安装在柔性机械臂3在一阶谐振频率、二阶谐振频率和三阶谐振频率下的最大应变处，驱动压电片包括第一驱动压电片11、第二驱动压电片12、第三驱动压电片13和第四驱动压电片14，第一驱动压电片11安装在柔性机械臂3在一阶谐振频率下的最大应变处，第三驱动压电片13安装在柔性机械臂3在二阶谐振频率下的最大应变处，第二驱动压电片12和第四驱动压电片14安装在柔性机械臂3在三阶谐振频率下的最大应变处。数据采集板7采用Labview数据采集板7，传感压电片5用导线连接到Labview数据采集板7上，用来采集柔性机械臂3的振动信号，在上位机8上设置驱动电源系统参数用来控制压电陶瓷驱动电源6，将压电陶瓷驱动电源6通过导线与每一个驱动压电片连接构成了不同方案的抑振控制器。压电陶瓷驱动电源6通过导线驱动粘贴在柔性臂表面的驱动压电片即PZT驱动器产生弯矩形成闭环控制，抑制柔性臂的振动。在前三阶谐振频率下，每一阶谐振频率下的振动均采用三种抑振方案，最后通过抑振率对比得出每一阶谐振频率下的最佳抑振方案。 [0016] 本发明的工作流程及原理： [0017] 1、将传感压电片5粘贴在柔性机械臂3表面应变较大处，然后常温下静置24小时，确保粘贴剂彻底固化； [0019] 3、如图2所示为驱动压电片的安装位置设计方案图；第一驱动压电片11粘贴的位置是由柔性机械臂3在一阶谐振频率下最大应变处决定的，主要用来控制柔性机械臂3一阶谐振下的振动；第三驱动压电片13粘贴的位置是由柔性机械臂3在二阶谐振频率下最大应变处决定的，主要用来控制柔性机械臂3二阶谐振下的振动；第二和第四驱动压电片14粘贴的位置是由柔性机械臂3在三阶谐振频率下最大应变处决定的，主要用来控制柔性机械臂3三阶谐振下的振动。 [0020] 上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。 |
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