[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

摘要

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。

主权项

1.一种柔性机器人操作臂弹性振动主动控制装置，包括压电陶瓷驱动电源(7)，压电陶瓷电压控制器(6)，数据采集卡(4)，定位基座(1)，以及固定在定位基座(1)上的柔性操作臂(2)；其特征在于，还包括位移传感器(3)和振动估计器(5)；

其中，位移传感器(3)用于测量定位基座(1)位移信号并连接到数据采集卡(4)上继而传送至振动估计器(5)，振动估计器(5)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(6)，压电陶瓷电压控制器(6)用于控制压电陶瓷电源(7)的电压输出；

在靠近柔性操作臂(2)根部安装有压电陶瓷制动系统Ⅰ(8)，在柔性操作臂(2)另一侧与压电陶瓷制动系统Ⅰ(8)相同位置安装有压电陶瓷制动系统Ⅱ(9)，所述压电陶瓷制动系统Ⅰ(8)接压电陶瓷驱动电源(7)通道Ⅱ，压电陶瓷制动系统Ⅱ(9)接压电陶瓷驱动电源(7)通道Ⅰ。

2.根据权利要求1所述的一种柔性机器人操作臂弹性振动主动控制装置，其特征在于，所述压电陶瓷制动系统Ⅰ(8)由固定板Ⅰ(8‑1)、固定板Ⅱ(8‑3)和压电陶瓷叠层制动器Ⅰ(8‑2)构成，所述固定板Ⅰ(8‑1)与固定板Ⅱ(8‑3)分别粘贴在压电陶瓷叠层制动器Ⅰ(8‑2)两端，所述压电陶瓷叠层制动器Ⅰ(8‑2)接压电陶瓷驱动电源(7)通道Ⅱ。

3.根据权利要求1或2所述的一种柔性机器人操作臂弹性振动主动控制装置，其特征在于，所述压电陶瓷制动系统Ⅱ(9)由固定板Ⅲ(9‑1)、固定板Ⅳ(9‑3)和压电陶瓷叠层制动器Ⅱ(9‑2)构成，所述固定板Ⅲ(9‑1)与固定板Ⅳ(9‑3)分别粘贴在压电陶瓷叠层制动器Ⅱ(9‑2)两端，所述压电陶瓷叠层制动器Ⅱ(9‑2)接压电陶瓷驱动电源(7)通道Ⅰ。

4.根据权利要求3所述的一种柔性机器人操作臂弹性振动主动控制装置，其特征在于，所述柔性操作臂(2)通过螺栓或夹具固定在定位基座(1)上。

5.根据权利要求4所述的一种柔性机器人操作臂弹性震动振动控制装置，其特征在于，所述位移传感器为(3)为光栅尺。

6.一种柔性机器人操作臂弹性振动主动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：位移传感器(3)测得定位基座(1)的位移信号，并定义定位基座(1)沿着压电陶瓷制动系统Ⅰ(8)向压电陶瓷制动系统Ⅱ(9)移动的方向为正方向，此时定位基座(1)的位移信号为正，反之，位移信号为负，通过数据采集卡(4)采集定位基座(1)的位移信号；

S2：构建振动估计器(5)，具体步骤如下：

a.根据定位基座(1)的运动特性建立柔性操作臂(2)动力学模型；

结合定位基座(1)的运动参数，利用能量法建立柔性操作臂(2)的动力学模型，得到定位基座(1)运动参量与柔性操作臂(2)振动模态之间的关系；

b.构建柔性操作臂(2)的弹性振动估计器(5)；

利用步骤a中建立的柔性操作臂(2)的动力学模型，基于杜哈美积分，构建柔性操作臂(2)弹性振动估计器(5)；

所述振动估计器(5)的输入为：定位基座(1)的位移信号；输出为：柔性操作臂(2)的弹性振动位移；

S3：将数据采集卡(4)收集的定位基座(1)位移信号传送至步骤S2中构建的振动估计器(5)中，获得柔性操作臂(2)的弹性振动位移信号；

S4：振动估计器(5)将输出的柔性操作臂(2)弹性振动位移信号传送至压电陶瓷电压控制器(6)，压电陶瓷电压控制器(6)发出控制指令给压电陶瓷驱动电源(7)控制其通道1还是通道2输出电压，或是不输出电压。