一種柔性機械臂主動振動控制器的製作方法

2024-02-16 03:37:15

本發明屬於對柔性機械臂的振動實現振動抑制的技術，涉及一種柔性機械臂主動振動控制器。

背景技術：

柔性機器人在高速運動的場合，運動結構的慣性力將變大，導致了柔性結構的彈性變形，產生了柔性臂的振動。由於柔性機械臂的彈性變形，執行末端難以獲得較高的工作精度。傳統被動控制方法通過布置阻尼材料降低結構振動水平，這些方法附加質量大，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，且基於壓電陶瓷(PZT)材料的主動控制雖然相比於被動控制具有機構簡單，壓電效率高等優點，但大多致力於使用一對或多對PZT傳感器與驅動器構建閉環控制系統實現抑振。基於壓電材料的控制器大多以固定數量及位置的PZT片構建。然而，對於不同頻率振動下的柔性機構，可變位置與結構的壓電材料控制器的控制效果更佳。對於不同頻率的振動，PZT材料的最優粘貼位置也是不同的。

技術實現要素：

根據以上現有技術的不足，本發明所要解決的技術問題是提出一種柔性機械臂主動振動控制器，通過在柔性機械臂上定位安裝傳感壓電片和驅動壓電片，解決了傳統柔性機械臂被動或主動控制方法的問題，具有機構簡單、壓電效率高等優點，根據傳感壓電片的檢測數據不同，振動的驅動壓電片位置不同，抑振效果更好。

為了解決上述技術問題，本發明採用的技術方案為：一種柔性機械臂主動振動控制器，所述柔性機械臂主動振動控制器包括傳感壓電片、驅動壓電片、數據採集板、驅動電源、驅動電源系統和上位機，柔性機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生器，傳感壓電片可拆卸粘貼在柔性機械臂的一側連接到數據採集板上，在柔性機械臂的另外一側粘貼四塊驅動壓電片，驅動電源連接驅動壓電片，上位機通過驅動電源系統控制驅動電源。

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

本發明有益效果是:本發明具有機構簡單、抑振效率高等優點。基於多組傳感壓電片/驅動壓電片的振動控制方法，可實現在較寬頻帶範圍內柔性機械臂的振動抑制。通過閉環反饋控制策略，使得柔性機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的內容及圖中的標記作簡要說明：

圖1是本發明的具體實施方式的柔性機械臂主動振動控制器的結構示意圖。

圖2是本發明的具體實施方式的驅動壓電片的安裝位置示意圖。

圖中1、激振臺，2、夾具，3、柔性機械臂，4、驅動壓電片，5、傳感壓電片，6、驅動電源，7、數據採集板，8、上位機，9、功率放大器，10、信號發生器，11、第一驅動壓電片，12、第二驅動壓電片，13、第三驅動壓電片，14、第四驅動壓電片。

具體實施方式

下面對照附圖，通過對實施例的描述，本發明的具體實施方式如所涉及的各構件的形狀、構造、各部分之間的相互位置及連接關係、各部分的作用及工作原理、製造工藝及操作使用方法等，作進一步詳細的說明，以幫助本領域技術人員對本發明的發明構思、技術方案有更完整、準確和深入的理解。

如圖1和2所示，1、激振臺1，2、夾具2，3、柔性機械臂3，4、驅動壓電片，5、傳感壓電片5，6、驅動電源6，7、數據採集板7，8、上位機8，9、功率放大器9，10、信號發生器10，11、第一驅動壓電片11，12、第二驅動壓電片12，13、第三驅動壓電片13，14、第四驅動壓電片14。

一種柔性機械臂主動振動控制器，包括傳感壓電片5、驅動壓電片4、數據採集板7、驅動電源6、驅動電源系統和上位機8，柔性機械臂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和信號發生器10，傳感壓電片5可拆卸粘貼在柔性機械臂3的一側連接到數據採集板7上，在柔性機械臂3的另外一側粘貼四塊驅動壓電片，驅動電源6連接驅動壓電片，上位機8連接驅動電源系統(附圖未畫出)，驅動電源系統連接驅動電源6。傳感壓電片5的位置是變化的，與驅動壓電片4對稱粘貼，傳感壓電片與柔性臂粘貼的那一面是金屬片，由於柔性機械臂是碳纖維材料，比如可用雙面膠帶將壓電片粘貼在柔性臂上，並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應變幅值最大處。驅動壓電片安裝在柔性機械臂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變處，驅動壓電片包括第一驅動壓電片11、第二驅動壓電片12、第三驅動壓電片13和第四驅動壓電片14，第一驅動壓電片11安裝在柔性機械臂3在一階諧振頻率下的最大應變處，第三驅動壓電片13安裝在柔性機械臂3在二階諧振頻率下的最大應變處，第二驅動壓電片12和第四驅動壓電片14安裝在柔性機械臂3在三階諧振頻率下的最大應變處。數據採集板7採用Labview數據採集板7，傳感壓電片5用導線連接到Labview數據採集板7上，用來採集柔性機械臂3的振動信號，在上位機8上設置驅動電源系統參數用來控制壓電陶瓷驅動電源6，將壓電陶瓷驅動電源6通過導線與每一個驅動壓電片連接構成了不同方案的抑振控制器。壓電陶瓷驅動電源6通過導線驅動粘貼在柔性臂表面的驅動壓電片即PZT驅動器產生彎矩形成閉環控制，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採用三種抑振方案，最後通過抑振率對比得出每一階諧振頻率下的最佳抑振方案。

本發明的工作流程及原理：

1、將傳感壓電片5粘貼在柔性機械臂3表面應變較大處，然後常溫下靜置24小時，確保粘貼劑徹底固化；

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

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

上面結合附圖對本發明進行了示例性描述，顯然本發明具體實現並不受上述方式的限制，只要採用了本發明的方法構思和技術方案進行的各種非實質性的改進，或未經改進將本發明的構思和技術方案直接應用於其它場合的，均在本發明的保護範圍之內。本發明的保護範圍應該以權利要求書所限定的保護範圍為準。