[发明专利]一种柔性机器人操作臂弹性振动主动控制装置及方法

说明书

一种柔性机器人操作臂弹性振动主动控制装置及其方法，位移传感器用于测量定位基座位移信号并连接到数据采集卡上继而传送至振动估计器，振动估计器用于对接收到的位移信号进行处理，并将处理结果发送给压电陶瓷电压控制器，压电陶瓷电压控制器用于控制压电陶瓷电源的电压输出；在靠近柔性操作臂根部安装有压电陶瓷制动系统Ⅰ，在柔性操作臂另一侧与压电陶瓷制动系统Ⅰ相同位置安装有压电陶瓷制动系统Ⅱ，所述压电陶瓷制动系统Ⅰ接压电陶瓷驱动电源通道Ⅱ，压电陶瓷制动系统Ⅱ接压电陶瓷驱动电源通道Ⅰ。本发明基于系统模型对柔性操作臂弹性振动进行有效估计，利用机构本身的限制作用对柔性操作臂弹性振动起到一定的控制作用，结构简单，成本低。

技术领域

本发明涉及机器人自动控制技术领域，具体涉及一种柔性机器人操作臂弹性振动主动控制装置及方法。

背景技术

直角坐标机器人在工业上有非常广泛的应用，比如在表面组装工艺(SMT)中，所用的锡膏印刷机、芯片搬运机、点胶机等都是直角坐标机器人的形式。随着现代工业生产向高速、高集成度方向的发展，对直角坐标机器人操作臂提出了更高的要求，传统的刚性操作臂已不能适应上述发展要求。与刚性操作臂相比，柔性操作臂具有耗能低、速度快、负载大等优点，获得了越来越多的关注。但是柔性操作臂由于本身低刚度、大挠度的结构特性，在运动过程中极易产生弹性振动，严重影响整体系统的运动精度和效率；因此为了实现柔性操作臂在工业上的有效运用首先需要对其弹性振动进行控制。

为了实现对柔性操作臂弹性振动的主动控制，首先需要获得柔性操作臂的弹性振动信号。现有研究中比较常用的传感器有压电传感器、应变片、加速度传感器、激光位移传感器等。如中国专利CN201110301802.2公开了一种三自由度柔性机械臂控制装置与方法，该专利中即采用加速度传感器和压电片传感器检测柔性操作臂的弹性振动，但是利用这类粘贴型传感器会影响柔性操作臂本身的稳定性(相关研究内容可参考：Barun Pratiher，Nonlinear dynamic analysis of a Cartesian manipulator carrying an endeffector placed at an intermediate position，Nonlinear Dynamics，2011)，对后期控制器设计不利；而采用激光位移传感器则会极大地提高系统整机成本，并且会使系统结构变得复杂。

此外，当压电传感器、应变片、加速度传感器、激光位移传感器这类物理传感器出现故障时，会造成整机的意外停机，降低系统的可靠性。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供柔性机器人操作臂弹性振动主动控制装置及方法，避免使用物理传感器对柔性操作臂弹性振动进行测量，实现对柔性操作臂弹性振动的有效估计，并据此进行控制，最终达到对柔性操作臂弹性振动的有效主动控制，同时降低整机成本，提高系统的稳定性和可靠性。

为了实现上述目的，本发明提供一种柔性机器人操作臂弹性振动主动控制装置，包括数据采集卡，定位基座，以及固定在定位基座上的柔性操作臂；还包括位移传感器、振动估计器、压电陶瓷电压控制器和压电陶瓷驱动电源；

其中，位移传感器用于测量定位基座位移信号并连接到数据采集卡上继而传送至振动估计器，振动估计器用于对接收到的位移信号进行处理，并将处理结果发送给压电陶瓷电压控制器，压电陶瓷电压控制器用于控制压电陶瓷电源的电压输出；

在靠近柔性操作臂根部安装有压电陶瓷制动系统Ⅰ，在柔性操作臂另一侧与压电陶瓷制动系统Ⅰ相同位置安装有压电陶瓷制动系统Ⅱ，所述压电陶瓷制动系统Ⅰ接压电陶瓷驱动电源通道Ⅱ，压电陶瓷制动系统Ⅱ接压电陶瓷驱动电源通道Ⅰ。

进一步，所述压电陶瓷制动系统Ⅰ由固定板Ⅰ、固定板Ⅱ和压电陶瓷叠层制动器Ⅰ构成，所述固定板Ⅰ与固定板Ⅱ分别粘贴在压电陶瓷叠层制动器Ⅰ两端，所述压电陶瓷叠层制动器Ⅰ接压电陶瓷驱动电源通道Ⅱ。