一種振動智能補償機械臂、機器人及其振動測量方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及機械臂，具體涉及一種振動智能補償機械臂。
[0002]本發(fā)明還涉及安裝有上述振動智能補償機械臂的機器人。
[0003]本發(fā)明還涉及上述振動智能補償機械臂的振動測量方法。
【背景技術】
[0004]目前工業(yè)機器人普遍精度是0.1mm,但在IC封裝、激光焊接等輕載高速精密應用領域，需要機器人能夠達到0.03mm以上的精度。主要原因是機械臂在高速運動過程中產生彈性振動，雖然采用高剛性的輕質材料，由于材料固有特性，和驅動過程中的動態(tài)載荷激勵，特別在高速急停工況中，上述機器臂的振動情況往往更加劇烈。
[0005]為解決上述機械臂振動問題，常見的方法有:(I)采用高剛性的機械臂本體設計，減輕由機器人的運動變形；(2)增加振動衰減的等待時間，保證執(zhí)行精度；(3)采用數(shù)字濾波等振動抑制控制策略。
[0006]上述解決方案主要適用于精度或速度要求較低的領域。在存在高加速高速工況和高精密定位要求的輕載應用領域，上述解決方案存在以下缺點:方法(I)的缺點為采用高剛度的機械臂本體設計的適用范圍有限，對多位姿變化的機械臂的一致適應性較差。此外，對于高速機械人應用領域，機械臂的慣性影響不能忽略，從而導致機械臂的設計剛度有限；方法(2)存在的缺點為增加運動執(zhí)行時間，降低了生產效率；方法(3)存在的缺點為機器人在運動過程中機械臂的位置姿態(tài)會發(fā)生較大的變化，各段機械臂的轉動慣量等動力學特性參數(shù)會發(fā)生較大的變化，數(shù)字濾波無法適應動態(tài)特性變化場合。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明目的在于提出一種振動智能補償?shù)臋C械臂，主要用于解決高速高精密輕載機械領域的機械臂振動抑制問題，旨在通過在機械臂中安裝振動檢測與補償?shù)闹悄茉姆绞絹韺崿F(xiàn)對機械臂的主動振動抑制，并最終提高系統(tǒng)的執(zhí)行精度。
[0008]本發(fā)明的另一目的在于提供一種安裝有上述振動智能補償?shù)臋C械臂的機器人。
[0009]本發(fā)明再一目的在于提供振動智能補償機械臂的振動測量方法。
[0010]為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術方案:
一種振動智能補償機械臂，包括本體框架、壓電陶瓷致動器及應變傳感器，所述本體框架為一體式加工的類桁架式結構，所述應變傳感器安裝于所述本體框架上，用于測量本體框架在運動過程中的變形狀況并將測量結果反饋至控制系統(tǒng)，所述壓電陶瓷致動器安裝于所述本體框架中，在控制系統(tǒng)的作用下用于補償所述本體框架在運動過程中的變形。
[0011]作為本發(fā)明振動智能補償機械臂的一種改進，所述本體框架為長方體鏤空結構，由一系列的基本梁組成，所述基本梁包括沿本體框架長度方向的基本梁和本體框架四側面上的交叉基本梁，在每一基本梁上至少設置有一孔槽，壓電陶瓷致動器安裝于所述孔槽中。本體框架為一體式加工成形的長方體鏤空結構，不但制作成本低、模塊化設計、便于安裝，而且結構穩(wěn)固，質量輕，機器人可靈活運動。
[0012]作為本發(fā)明振動智能補償機械臂的另一種改進，在所述本體框架的兩端安裝有本體連接板。
[0013]作為本發(fā)明振動智能補償機械臂的再一種改進，所述控制系統(tǒng)為PID (比例-積分_微分)控制系統(tǒng)。
[0014]—種機器人，其通過模塊化關節(jié)安裝有如上述的振動智能補償機械臂。
[0015]一種振動智能補償機械臂的振動測量方法，具體包括如下步驟:
51.通過一系列應變傳感器來測量出本體框架的變形狀況，并將測量的結果反饋至PID控制系統(tǒng)中；
52.設置在本體框架中的壓電陶瓷致動器在PID控制系統(tǒng)的作用下產生位移輸出，迫使本體框架發(fā)生與步驟I中所測量變形狀況相反的變形；
53.在應變傳感器和壓電陶致動器聯(lián)合構成的測量-執(zhí)行閉環(huán)控制回路的共同作用下，實現(xiàn)本體框架的剛度調整。
[0016]總之，本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有如下的有益效果:
本發(fā)明的振動智能補償機械臂通過在本體框架上設置有壓應變傳感器和壓電陶瓷致動器，首先通過壓應變傳感器測量本體框架在運動過程中的自身整體變形狀況，然后壓電陶瓷致動器即產生與變形方向相反的力，使得本體框架產生反方向的變形，從而補償了本體框架在運動過程中的自身變形，改變了本體框架的結構剛度，實現(xiàn)本體框架的剛度調節(jié)，從而提高了機器人的工作精度；同時本發(fā)明的機械臂可標準模塊化生產制造，不但成本低，而且能夠提高機器人的標準化程度。
【附圖說明】
[0017]圖1為實施例一的振動智能補償機械臂的結構示意圖；
圖2為實施例一中振動智能補償機械臂基本孔槽的放大示意圖；
圖3為實施例二的振動智能補償機械臂的結構示意圖；
圖4為實施例二中振動智能補償機械臂基本孔槽的放大示意圖；
圖5為實施例四中安裝有本發(fā)明振動智能補償機械臂的機器人的結構示意圖；
圖6為實施例四中模塊化關節(jié)的結構示意圖；
圖7為PID控制系圖的控制框圖；
圖中:1振動智能補償機械臂，2模塊化關節(jié)，101本體連接板，102本體框架，103壓電陶瓷致動器，104應變傳感器，201關節(jié)連接座，202萬向齒輪軸，203齒輪組，204固定軸銷。
【具體實施方式】
[0018]附圖僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制。
[0019]對于本領域技術人員來說，附圖中某些公知結構及其說明可能省略是可以理解的。
[0020]下面將結合本發(fā)明中的說明書附圖，對發(fā)明中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。