[发明专利]基于往复振动链体弹性基座的柔性机械臂控制装置及方法

说明书

本发明公开了基于往复振动链体弹性基座的柔性机械臂控制装置及方法，包括柔性臂本体部分、振动检测部分及振动控制部分，所述柔性臂本体部分包括三个柔性单体，三个柔性单体通过弹簧依次连接，并设置在直线导轨上，在活塞式激振器作用下，三个柔性单体产生往复运动，通过激光位移传感器和压电陶瓷传感器检测各柔性梁的振动，且利用压电陶瓷驱动器和伺服电机作为振动抑制的作动器。该装置能用来研究直线导轨摩擦、弹簧刚度等因素对链体弹性基座的柔性机械臂系统耦合振动的影响以及相应的振动控制方法。

技术领域

本发明涉及柔性结构的振动控制领域，具体涉及基于往复振动链体弹性基座的柔性机械臂控制装置及方法。

背景技术

空间机械臂技术是航天领域的一项重要技术，是辅助完成飞行器空间对接、目标搬运等操作的重要工具，但空间机械臂的固有频率低，低频振动模态容易被干扰所激励，在作业过程中所呈现出来的各种振动效应将严重影响航天器的稳定性。为了扩大机械臂的工作范围，空间机械臂一般安装在移动基座上，移动基座可以沿着导轨进行移动，在移动过程中产生的振动对末端跟踪轨迹将造成不可忽视的影响，同时也会对其他部件的正常运行造成一定的影响；相较于固定基座的柔性机械臂，弹性基座下的柔性机械臂具有更强的非线性及强耦合性，其分析更加复杂，因此有必要对其开展研究。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明的首要目的提供一种基于往复振动链体弹性基座的柔性机械臂控制装置，本发明充分考虑了弹簧刚度以及直线导轨摩擦对柔性梁振动特性的影响。

本发明的次要目的是提供一种基于往复振动链体弹性基座的柔性机械臂控制装置的方法。

本发明首要目的是采用如下技术方案：

一种基于往复振动链体弹性基座的柔性机械臂控制装置，包括柔性臂本体部分、振动检测部分及振动控制部分；

所述柔性臂本体部分包括活塞式激振器、直线导轨、挡板及三个结构相同的柔性单体，三个柔性单体通过两根弹簧依次连接，且设置在直线导轨上，挡板与位于尾端的柔性单体通过弹簧连接，活塞式激振器与位于首端的柔性单体通过弹簧连接，在活塞式激振器的激励下，三个柔性单体沿直线导轨产生往复振动；

所述振动检测部分用于检测柔性单体的振动信号；

所述振动控制部分用于接收振动信号及抑制柔性单体的振动。

优选的，柔性单体包括导轨滑块、柔性梁、支撑轴、伺服电机及行星减速器；

所述行星减速器通过支架固定在导轨滑块上，其输入端与伺服电机连接，其输出端与支撑轴固定，导轨滑块设置在直线导轨上，支撑轴的两侧均固定一块柔性梁，伺服电机驱动两块柔性梁在水平面内摆动。

优选的，所述振动检测部分包括压电陶瓷传感器、激光位移传感器、电荷放大器、端子板、运动控制卡及计算机；

所述计算机与运动控制卡相互连接，所述运动控制卡与端子板相互连接，所述压电陶瓷传感器设置在柔性梁上，检测振动信号输入电荷放大器，电荷放大器与端子板连接；

所述激光位移传感器设置在柔性梁的一侧，其检测振动信号通过端子板、运动控制卡输入计算机。

优选的，所述振动控制部分包括压电陶瓷驱动器、伺服电机驱动器及压电放大电路，计算机根据激光位移传感器及压电陶瓷传感器的检测信息，得到主动控制信号，依次通过运动控制卡及端子板，输入压电放大电路及伺服电机驱动器，进一步驱动伺服电机及压电陶瓷驱动器，抑制振动。

优选的，所述压电陶瓷传感器的数目为6，每块柔性梁粘贴一片，具体在柔性梁宽度方向的中心线上，距离固定端80mm，姿态角为0°且单面粘贴。