一種柔性機(jī)械臂主動振動控制器的制作方法

本發(fā)明屬于對柔性機(jī)械臂的振動實現(xiàn)振動抑制的技術(shù)，涉及一種柔性機(jī)械臂主動振動控制器。

背景技術(shù)：

柔性機(jī)器人在高速運(yùn)動的場合，運(yùn)動結(jié)構(gòu)的慣性力將變大，導(dǎo)致了柔性結(jié)構(gòu)的彈性變形，產(chǎn)生了柔性臂的振動。由于柔性機(jī)械臂的彈性變形，執(zhí)行末端難以獲得較高的工作精度。傳統(tǒng)被動控制方法通過布置阻尼材料降低結(jié)構(gòu)振動水平，這些方法附加質(zhì)量大，控制頻帶窄，低頻控制效果差。

柔性臂振動主動控制方法控制頻帶寬，且基于壓電陶瓷(PZT)材料的主動控制雖然相比于被動控制具有機(jī)構(gòu)簡單，壓電效率高等優(yōu)點，但大多致力于使用一對或多對PZT傳感器與驅(qū)動器構(gòu)建閉環(huán)控制系統(tǒng)實現(xiàn)抑振?；趬弘姴牧系目刂破鞔蠖嘁怨潭〝?shù)量及位置的PZT片構(gòu)建。然而，對于不同頻率振動下的柔性機(jī)構(gòu)，可變位置與結(jié)構(gòu)的壓電材料控制器的控制效果更佳。對于不同頻率的振動，PZT材料的最優(yōu)粘貼位置也是不同的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提出一種柔性機(jī)械臂主動振動控制器，通過在柔性機(jī)械臂上定位安裝傳感壓電片和驅(qū)動壓電片，解決了傳統(tǒng)柔性機(jī)械臂被動或主動控制方法的問題，具有機(jī)構(gòu)簡單、壓電效率高等優(yōu)點，根據(jù)傳感壓電片的檢測數(shù)據(jù)不同，振動的驅(qū)動壓電片位置不同，抑振效果更好。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種柔性機(jī)械臂主動振動控制器，所述柔性機(jī)械臂主動振動控制器包括傳感壓電片、驅(qū)動壓電片、數(shù)據(jù)采集板、驅(qū)動電源、驅(qū)動電源系統(tǒng)和上位機(jī)，柔性機(jī)械臂通過夾具緊固在激振臺上，激振臺依次連接有功率放大器和信號發(fā)生器，傳感壓電片可拆卸粘貼在柔性機(jī)械臂的一側(cè)連接到數(shù)據(jù)采集板上，在柔性機(jī)械臂的另外一側(cè)粘貼四塊驅(qū)動壓電片，驅(qū)動電源連接驅(qū)動壓電片，上位機(jī)通過驅(qū)動電源系統(tǒng)控制驅(qū)動電源。

上述裝置中，所述傳感壓電片粘貼在柔性臂表面動態(tài)應(yīng)變幅值最大處處。所述驅(qū)動壓電片安裝在柔性機(jī)械臂在一階諧振頻率、二階諧振頻率和三階諧振頻率下的最大應(yīng)變處。所述傳感壓電片可拆卸地粘貼固定在柔性機(jī)械臂在一階諧振頻率、二階諧振頻率和三階諧振頻率下的最大應(yīng)變處。所述驅(qū)動壓電片包括第一驅(qū)動壓電片、第二驅(qū)動壓電片、第三驅(qū)動壓電片和第四驅(qū)動壓電片，第一驅(qū)動壓電片安裝在柔性機(jī)械臂在一階諧振頻率下的最大應(yīng)變處，第三驅(qū)動壓電片安裝在柔性機(jī)械臂在二階諧振頻率下的最大應(yīng)變處，第二驅(qū)動壓電片和第四驅(qū)動壓電片安裝在柔性機(jī)械臂在三階諧振頻率下的最大應(yīng)變處。所述將傳感壓電片粘貼在柔性機(jī)械臂表面應(yīng)變較大處后在常溫下靜置24小時。

本發(fā)明有益效果是:本發(fā)明具有機(jī)構(gòu)簡單、抑振效率高等優(yōu)點?；诙嘟M傳感壓電片/驅(qū)動壓電片的振動控制方法，可實現(xiàn)在較寬頻帶范圍內(nèi)柔性機(jī)械臂的振動抑制。通過閉環(huán)反饋控制策略，使得柔性機(jī)械臂的主動控制具備較好的魯棒性。

附圖說明

下面對本說明書附圖所表達(dá)的內(nèi)容及圖中的標(biāo)記作簡要說明：

圖1是本發(fā)明的具體實施方式的柔性機(jī)械臂主動振動控制器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的具體實施方式的驅(qū)動壓電片的安裝位置示意圖。

圖中1、激振臺，2、夾具，3、柔性機(jī)械臂，4、驅(qū)動壓電片，5、傳感壓電片，6、驅(qū)動電源，7、數(shù)據(jù)采集板，8、上位機(jī)，9、功率放大器，10、信號發(fā)生器，11、第一驅(qū)動壓電片，12、第二驅(qū)動壓電片，13、第三驅(qū)動壓電片，14、第四驅(qū)動壓電片。

具體實施方式

下面對照附圖，通過對實施例的描述，本發(fā)明的具體實施方式如所涉及的各構(gòu)件的形狀、構(gòu)造、各部分之間的相互位置及連接關(guān)系、各部分的作用及工作原理、制造工藝及操作使用方法等，作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，以幫助本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思、技術(shù)方案有更完整、準(zhǔn)確和深入的理解。

如圖1和2所示，1、激振臺1，2、夾具2，3、柔性機(jī)械臂3，4、驅(qū)動壓電片，5、傳感壓電片5，6、驅(qū)動電源6，7、數(shù)據(jù)采集板7，8、上位機(jī)8，9、功率放大器9，10、信號發(fā)生器10，11、第一驅(qū)動壓電片11，12、第二驅(qū)動壓電片12，13、第三驅(qū)動壓電片13，14、第四驅(qū)動壓電片14。

一種柔性機(jī)械臂主動振動控制器，包括傳感壓電片5、驅(qū)動壓電片4、數(shù)據(jù)采集板7、驅(qū)動電源6、驅(qū)動電源系統(tǒng)和上位機(jī)8，柔性機(jī)械臂3通過夾具2緊固在激振臺1上，激振臺1依次連接有功率放大器9和信號發(fā)生器10，傳感壓電片5可拆卸粘貼在柔性機(jī)械臂3的一側(cè)連接到數(shù)據(jù)采集板7上，在柔性機(jī)械臂3的另外一側(cè)粘貼四塊驅(qū)動壓電片，驅(qū)動電源6連接驅(qū)動壓電片，上位機(jī)8連接驅(qū)動電源系統(tǒng)(附圖未畫出)，驅(qū)動電源系統(tǒng)連接驅(qū)動電源6。傳感壓電片5的位置是變化的，與驅(qū)動壓電片4對稱粘貼，傳感壓電片與柔性臂粘貼的那一面是金屬片，由于柔性機(jī)械臂是碳纖維材料，比如可用雙面膠帶將壓電片粘貼在柔性臂上，并且更改位置時可以拆掉。

傳感壓電片5粘貼在柔性臂表面動態(tài)應(yīng)變幅值最大處。驅(qū)動壓電片安裝在柔性機(jī)械臂3在一階諧振頻率、二階諧振頻率和三階諧振頻率下的最大應(yīng)變處，驅(qū)動壓電片包括第一驅(qū)動壓電片11、第二驅(qū)動壓電片12、第三驅(qū)動壓電片13和第四驅(qū)動壓電片14，第一驅(qū)動壓電片11安裝在柔性機(jī)械臂3在一階諧振頻率下的最大應(yīng)變處，第三驅(qū)動壓電片13安裝在柔性機(jī)械臂3在二階諧振頻率下的最大應(yīng)變處，第二驅(qū)動壓電片12和第四驅(qū)動壓電片14安裝在柔性機(jī)械臂3在三階諧振頻率下的最大應(yīng)變處。數(shù)據(jù)采集板7采用Labview數(shù)據(jù)采集板7，傳感壓電片5用導(dǎo)線連接到Labview數(shù)據(jù)采集板7上，用來采集柔性機(jī)械臂3的振動信號，在上位機(jī)8上設(shè)置驅(qū)動電源系統(tǒng)參數(shù)用來控制壓電陶瓷驅(qū)動電源6，將壓電陶瓷驅(qū)動電源6通過導(dǎo)線與每一個驅(qū)動壓電片連接構(gòu)成了不同方案的抑振控制器。壓電陶瓷驅(qū)動電源6通過導(dǎo)線驅(qū)動粘貼在柔性臂表面的驅(qū)動壓電片即PZT驅(qū)動器產(chǎn)生彎矩形成閉環(huán)控制，抑制柔性臂的振動。在前三階諧振頻率下，每一階諧振頻率下的振動均采用三種抑振方案，最后通過抑振率對比得出每一階諧振頻率下的最佳抑振方案。

本發(fā)明的工作流程及原理：

1、將傳感壓電片5粘貼在柔性機(jī)械臂3表面應(yīng)變較大處，然后常溫下靜置24小時，確保粘貼劑徹底固化；

2、搭建如圖1所示的柔性機(jī)械臂3主動振動控制器，其中驅(qū)動壓電片的驅(qū)動電壓幅值為10V；

3、如圖2所示為驅(qū)動壓電片的安裝位置設(shè)計方案圖；第一驅(qū)動壓電片11粘貼的位置是由柔性機(jī)械臂3在一階諧振頻率下最大應(yīng)變處決定的，主要用來控制柔性機(jī)械臂3一階諧振下的振動；第三驅(qū)動壓電片13粘貼的位置是由柔性機(jī)械臂3在二階諧振頻率下最大應(yīng)變處決定的，主要用來控制柔性機(jī)械臂3二階諧振下的振動；第二和第四驅(qū)動壓電片14粘貼的位置是由柔性機(jī)械臂3在三階諧振頻率下最大應(yīng)變處決定的，主要用來控制柔性機(jī)械臂3三階諧振下的振動。

上面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種非實質(zhì)性的改進(jìn)，或未經(jīng)改進(jìn)將本發(fā)明的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其它場合的，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書所限定的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。