[发明专利]基于激光位移传感器的柔性臂振动测量及控制装置与方法

权利要求书

1.一种基于激光位移传感器的柔性臂振动测量及控制装置，其特征在于，包括直驱旋转电机、连杆单元、滑块平台、滚动导轨组合单元、导轨底板、伺服电机、柔性臂以及可调节工作台；其中

所述直驱旋转电机、连杆单元以及滑块平台依次固定连接，所述滑块平台通过直线双导轨设置于导轨底板上；所述直驱旋转电机通过驱动连杆单元，从而带动所述滑块平台在导轨底板的直线双导轨上做往复运动；

所述滚动导轨组合单元固定于所述滑块平台上，所述柔性臂通过柔性臂支架固定于所述滚动导轨组合单元上，所述伺服电机固定在滑块平台上，所述伺服电机通过联轴器连接所述滚动导轨组合单元；所述伺服电机通过驱动联轴器，从而驱动滚动导轨组合单元在滑块平台上运动，进一步驱动所述柔性臂的运动；

所述可调节工作台固定在所述滑块平台上，并与所述柔性臂相互平行；

还包括激光位移传感器、压电陶瓷传感器、电荷放大器、激光位移传感器控制器、A/D转换器、工业计算机、编码器、D/A转换器、伺服放大器、压电前置放大电路以及压电陶瓷驱动器；所述激光位移传感器固定于所述可调节工作台上，所述压电陶瓷传感器设置于柔性臂上；所述压电陶瓷传感器、电荷放大器、A/D转换器以及工业计算机依次连接；所述激光位移传感器控制器连接所述激光位移传感器以及A/D转换器；所述编码器连接工业计算机、直驱旋转电机以及伺服电机；所述D/A转换器连接工业计算机；所述伺服放大器连接D/A转换器以及伺服电机；所述压电前置放大电路连接D/A转换器以及压电陶瓷驱动器；其中

所述激光位移传感器用于测量其与所述柔性臂间的位移变化量，并将测量所得的位移模拟信号传输至所述激光位移传感器控制器；所述激光位移传感器控制器用于处理激光位移传感器的位移模拟信号，并传输至所述A/D转换器进行数字信号的转换；

所述压电陶瓷传感器用于测量柔性臂宽度方向中线位置的振动，并将测量所得振动信号传输至电荷放大电器处理；

所述压电陶瓷驱动器用于接收来自工业计算机发送的控制信号，并根据相应指令控制柔性臂的震动；

所述激光位移传感器包括激光位移传感器感测头Ⅰ和激光位移传感器感测头Ⅱ，所述激光位移传感器感测头Ⅰ和激光位移传感器感测头Ⅱ均用于测量其与柔性臂间的位移变化量，并将测量的位移模拟信号传输至所述激光位移传感器控制器；

所述直驱旋转电机包括偏心法兰盘，所述偏心法兰盘连接所述连杆单元滚动导轨组合单元包括滚珠丝杆和螺母滑块，所述螺母滑块设置有滚珠丝杆上；所述伺服电机通过联轴器驱动滚珠丝杆上的螺母滑块，从而带动柔性臂的运动。

2.如权利要求1所述的基于激光位移传感器的柔性臂振动测量及控制装置，其特征在于，所述激光位移传感器感测头Ⅰ和激光位移传感器感测头Ⅱ均通过滑块单元固定于可调节工作台上。

3.如权利要求1所述的基于激光位移传感器的柔性臂振动测量及控制装置，其特征在于，所述压电陶瓷驱动器包括4片压电陶瓷片构成，其在柔性臂前后的两个平面各安装2片。

4.如权利要求1所述的基于激光位移传感器的柔性臂振动测量及控制装置，其特征在于，所述可调节工作台包括导轨上支撑板、两个滑块、两个上下支撑板连接块、下支撑板以及固定凸台；其中，所述下支撑板通过凸台固定在滑块平台的一端上，上支撑板通过两个上下支撑板连接块固定下支撑板，导轨设置于上支撑板顶面上，两个滑块设置于上支撑板顶面并可沿导轨做直线运动，而激光位移传感器分别设置在两个滑块上。

5.如权利要求1所述的基于激光位移传感器的柔性臂振动测量及控制装置，其特征在于，还包括固定台，所述滑块平台固定安装于固定台上。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的基于激光位移传感器的柔性臂振动测量及控制装置的控制方法，其特征在于，包括下述步骤：

S1、使用编码器检测直驱旋转电机和伺服电机转角的位置信号，压电陶瓷传感器检测柔性臂的振动信号，以及激光位移传感器感检测柔性臂的位移变化信号；

S2、首先将步骤S1中压电陶瓷传感器所得振动信号经电荷放大器处理后，以及激光位移传感器所得的位移变化信号经激光位移传感器控制器处理后，一并传输到A/D转换器进行处理；再与经编码器处理的直驱旋转电机和伺服电机转角信号，输入到工业计算机进行后续的处理，得到相应的振动控制信号；

S3、将步骤S2所得的振动控制信号经D/A转换器处理后，按相应的控制方式分别输入到伺服放大器处理，得到振动控制信号Ⅰ；以及将步骤S2所得的振动控制信号经D/A转换器处理后，按相应的控制方式分别输入到压电前置放大电路处理后，得到振动控制信号Ⅱ；

S4、将步骤S3中的振动控制信号Ⅰ输入伺服电机，以控制其转角位置和转动速度；将步骤S3中的振动控制信号Ⅱ输入到压电陶瓷驱动器，以控制其压电陶瓷片的位移和力，从而实现对柔性臂的快速、稳定、准确的闭环控制。