一種三自由度平面柔性并聯(lián)平臺(tái)裝置及控制方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種三自由度平面柔性并聯(lián)平臺(tái)裝置及控制方法，包括三個(gè)并聯(lián)分支、動(dòng)平臺(tái)及靜平臺(tái)，每個(gè)并聯(lián)分支包括電機(jī)、一根主動(dòng)桿及一根從動(dòng)桿，所述主動(dòng)桿上貼有一維加速度傳感器，從動(dòng)桿上粘貼壓電陶瓷片傳感器，所述動(dòng)平臺(tái)安裝三維加速度傳感器，所述從動(dòng)桿的兩端貼有第一及第二壓電陶瓷片驅(qū)動(dòng)器；電機(jī)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)桿，對(duì)應(yīng)的一維及三維加速度傳感器，以及從動(dòng)桿上的壓電陶瓷片傳感器同時(shí)檢測(cè)振動(dòng)，均輸出微弱的電荷量，經(jīng)過(guò)電荷放大器接入到數(shù)據(jù)采集卡，通過(guò)算法將控制量施加在從動(dòng)桿上的壓電陶瓷片驅(qū)動(dòng)器上，實(shí)現(xiàn)對(duì)并聯(lián)平臺(tái)殘余振動(dòng)主動(dòng)控制的目的。具有測(cè)量精度高和閉環(huán)控制響應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種三自由度平面柔性并聯(lián)平臺(tái)裝置及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及柔性并聯(lián)平臺(tái)定位振動(dòng)檢測(cè)及控制領(lǐng)域，具體涉及一種三自由度平面柔性并聯(lián)平臺(tái)裝置及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]不少生產(chǎn)制造行業(yè)，已經(jīng)在廣泛使用工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行，如汽車(chē)裝配和焊接，產(chǎn)品搬運(yùn)等。為了提高工業(yè)生產(chǎn)力，節(jié)約能源，現(xiàn)代機(jī)械不斷地向輕量化、低能耗和高效率等方向發(fā)展，輕型、高速、高加速度、高精度的柔性并聯(lián)機(jī)器人開(kāi)始得到許多研究者和工程師的關(guān)注。但在需要高速高精度定位的位置，只有少部分的并聯(lián)機(jī)器人出現(xiàn)。并聯(lián)機(jī)器人具有大剛度、高精度、高承載能力等優(yōu)點(diǎn)，主要應(yīng)用在強(qiáng)剛度、高精度、運(yùn)動(dòng)速度快、動(dòng)態(tài)特性好、操作靈巧、對(duì)工作空間要求不大的場(chǎng)合，如航空航天、制造裝備、精密測(cè)量與精密定位領(lǐng)域。
[0003]并聯(lián)機(jī)器人是包含并聯(lián)機(jī)構(gòu)的機(jī)器人，并聯(lián)機(jī)構(gòu)是若干個(gè)自由度末端執(zhí)行器與固定基座通過(guò)兩條或兩條以上的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)支鏈相連。并聯(lián)機(jī)器人包含兩個(gè)平臺(tái)，即動(dòng)平臺(tái)與靜平臺(tái)也稱(chēng)定平臺(tái)，靜平臺(tái)固定在基座上或連接到另一臺(tái)機(jī)器人的末端執(zhí)行器上，動(dòng)平臺(tái)相對(duì)靜平臺(tái)運(yùn)動(dòng)。兩平臺(tái)之間由兩條或兩條以上的支鏈相連。而平面3R并聯(lián)機(jī)器人是基于宏微結(jié)合的思路，即宏動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行快速精確的定位，微動(dòng)平臺(tái)再進(jìn)行位置的微調(diào)。并聯(lián)機(jī)器人由于關(guān)節(jié)質(zhì)量輕，可以以高速進(jìn)行運(yùn)行。剛?cè)釞C(jī)械臂既具有剛性機(jī)械臂不易發(fā)生彈性變形的優(yōu)點(diǎn)，又具有柔性機(jī)械臂質(zhì)量輕，可節(jié)約因運(yùn)動(dòng)而消耗的能量等優(yōu)點(diǎn)，在很多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。例如，太空探索采用空間剛?cè)釞C(jī)械臂以減少太空探索的能量消耗;軍事領(lǐng)域采用剛?cè)釞C(jī)械臂以保證在惡劣環(huán)境下完成較復(fù)雜的任務(wù);工業(yè)領(lǐng)域利用剛?cè)釞C(jī)械臂完成高精度的加工作業(yè)。
[0004]本柔性機(jī)器人的主動(dòng)被動(dòng)桿均采為柔性，這樣質(zhì)量會(huì)更輕，運(yùn)行速度可以更大。不過(guò)當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于慣性力等因素的影響導(dǎo)致低剛度的柔性構(gòu)件更容易發(fā)生彈性變形，彈性變形會(huì)影響著機(jī)械的性能，并且在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)定位之后還有殘余振動(dòng)，振動(dòng)會(huì)影響系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)定位精確度以及延長(zhǎng)定位時(shí)間，因此針對(duì)不同的應(yīng)用應(yīng)該設(shè)計(jì)不同的控制策略來(lái)檢測(cè)及控制振動(dòng)。
[0005]柔性機(jī)器人的振動(dòng)控制可以分為:被動(dòng)控制和主動(dòng)控制，主要有以下6種控制策略；I優(yōu)化構(gòu)件的截面參數(shù)及幾何參數(shù)，即KED綜合;2利用復(fù)合材料取代常規(guī)金屬材料;3對(duì)構(gòu)件進(jìn)行阻尼處理，即阻尼減振;4設(shè)計(jì)具有傳感器與作動(dòng)器的機(jī)敏機(jī)構(gòu)，構(gòu)造控制系統(tǒng)；5設(shè)計(jì)具有多個(gè)可控原動(dòng)件的受控機(jī)構(gòu)，構(gòu)造控制系統(tǒng);6基于完全動(dòng)力分析的運(yùn)動(dòng)控制。方法I?3屬于被動(dòng)控制，方法4?6屬于主動(dòng)控制。
[0006 ]被動(dòng)控制具有成本低、易實(shí)現(xiàn)、無(wú)需外部能源，能夠較好的抑制高頻模態(tài)響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)外界環(huán)境變化的適應(yīng)性差，對(duì)低頻模態(tài)的抑制效果有限。將振動(dòng)主動(dòng)控制思想引入彈性機(jī)構(gòu)振動(dòng)控制研究中，給機(jī)構(gòu)學(xué)界注入了極大的活力。彈性機(jī)構(gòu)振動(dòng)主動(dòng)控制是基于一定的控制策略，根據(jù)對(duì)測(cè)量的彈性機(jī)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)的信息，通過(guò)外界的能量輸入對(duì)機(jī)構(gòu)施加一定的控制力，使控制系統(tǒng)與機(jī)構(gòu)本身構(gòu)成同一整體，從而改變機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特性。因此控制理論的許多策略被用于柔性機(jī)器人系統(tǒng)的控制。主要方法有:力矩控制;ro調(diào)節(jié);靜態(tài)反饋的輸入-輸出線(xiàn)性化；自適應(yīng)控制;神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制;超前與滯后控制；非線(xiàn)性控制；奇異值攝動(dòng);滑?？刂?代數(shù)控制;極點(diǎn)配置;最優(yōu)軌跡規(guī)劃;最優(yōu)魯棒控制;機(jī)械波方法等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明提供一種三自由度平面柔性并聯(lián)平臺(tái)裝置及控制方法。
[0008]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0009]一種三自由度平面柔性并聯(lián)平臺(tái)裝置，包括三個(gè)并聯(lián)分支、動(dòng)平臺(tái)及靜平臺(tái)，所述三個(gè)并聯(lián)分支的結(jié)構(gòu)相同，均包括電機(jī)、一根主動(dòng)桿及一根從動(dòng)桿，三個(gè)電機(jī)分別安裝在靜平臺(tái)的三個(gè)角，電機(jī)軸端連接主動(dòng)桿的一端，主動(dòng)桿的另一端通過(guò)轉(zhuǎn)軸連接從動(dòng)桿的一端，從動(dòng)桿的另一端通過(guò)轉(zhuǎn)軸連接動(dòng)平臺(tái)，所述動(dòng)平臺(tái)是等邊三角形，三個(gè)從動(dòng)桿分別連接在動(dòng)平臺(tái)的三個(gè)角上；
[0010]所述主動(dòng)桿上貼有一維加速度傳感器，從動(dòng)桿上粘貼壓電陶瓷片傳感器，所述動(dòng)平臺(tái)安裝三維加速度傳感器，所述從動(dòng)桿的兩端貼有第一及第二壓電陶瓷片驅(qū)動(dòng)器；
[0011]還包括電荷放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)采集卡、壓電驅(qū)動(dòng)電源、D/A轉(zhuǎn)換器、驅(qū)動(dòng)器、擴(kuò)展卡、運(yùn)動(dòng)控制卡及計(jì)算機(jī)；
[0012]所述一維加速度傳感器、壓電陶瓷片傳感器及三維加速度傳感器檢測(cè)的振動(dòng)電信號(hào)經(jīng)過(guò)電荷放大器及A/D轉(zhuǎn)換器輸入到數(shù)據(jù)采集卡，所述數(shù)據(jù)采集卡與計(jì)算機(jī)相互連接；
[0013]所述計(jì)算機(jī)獲得控制信號(hào)后通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器及壓電驅(qū)動(dòng)電源驅(qū)動(dòng)第一及第二壓電陶瓷片驅(qū)動(dòng)器；
[0014]所述計(jì)算機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制卡、擴(kuò)展卡及驅(qū)動(dòng)器依次連接，所述驅(qū)動(dòng)器與電機(jī)連接。
[0015]所述一維加速度傳感器貼在主動(dòng)桿的中間位置，所述壓電陶瓷片傳感器粘貼在從動(dòng)桿的縱向中線(xiàn)處，且單面粘貼，所述第一及第二壓電陶瓷片驅(qū)動(dòng)器均由兩片壓電陶瓷片構(gòu)成，正反兩面粘貼，每面一片。
[0016]所述三維加速度傳感器安裝在動(dòng)平臺(tái)的幾何中心位置。
[0017]所述動(dòng)平臺(tái)附加質(zhì)量塊。
[0018]還包括人機(jī)界面，所述人機(jī)界面與計(jì)算機(jī)連接。
[0019]一種三自由度平面柔性并聯(lián)平臺(tái)裝置的控制方法，包括如下步驟:
[0020]步驟一電機(jī)收到計(jì)算機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)后，帶動(dòng)主動(dòng)桿和從動(dòng)桿使動(dòng)平臺(tái)定位到目標(biāo)位置；
[0021 ] 步驟二三維加速度傳感器檢測(cè)動(dòng)平臺(tái)X和Y方向的振動(dòng)，三個(gè)一維加速度傳感器檢測(cè)垂直主動(dòng)桿方向的振動(dòng)，壓電陶瓷片傳感器檢測(cè)垂直柔性桿方向的振動(dòng)，然后將檢測(cè)的振動(dòng)信號(hào)通過(guò)電荷放大器、A/D轉(zhuǎn)換器輸出到數(shù)據(jù)采集卡，然后輸入到計(jì)算機(jī)中；
[0022]步驟三計(jì)算機(jī)經(jīng)過(guò)相應(yīng)的振動(dòng)主動(dòng)控制算法產(chǎn)生控制信號(hào)，通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器和壓電驅(qū)動(dòng)放大電路后，將控制信號(hào)輸送至第一及第二壓電陶瓷片驅(qū)動(dòng)器，對(duì)從動(dòng)桿產(chǎn)生控制力作用，控制從動(dòng)桿的振動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)從動(dòng)桿的實(shí)時(shí)振動(dòng)主動(dòng)控制，抵消動(dòng)平臺(tái)振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)平臺(tái)的實(shí)時(shí)振動(dòng)主動(dòng)控制。
[0023]還包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制動(dòng)平臺(tái)的自激振動(dòng)，具體為:
[0024]當(dāng)動(dòng)平臺(tái)到達(dá)目標(biāo)位置停止后，動(dòng)平臺(tái)產(chǎn)生自激振動(dòng)，三維加速度傳感器檢測(cè)的動(dòng)平臺(tái)X和Y方向的振動(dòng)信號(hào)形成閉環(huán)控制，振動(dòng)信號(hào)經(jīng)過(guò)電荷放大器、、A/D轉(zhuǎn)換器輸出到數(shù)據(jù)采集卡，然后輸入到計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)進(jìn)行相應(yīng)運(yùn)算的控制量，經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)控制卡、擴(kuò)展卡通過(guò)驅(qū)動(dòng)器輸出進(jìn)行驅(qū)動(dòng)電機(jī)，進(jìn)行自激振動(dòng)的控制。
[0025]本發(fā)明的有益效果:
[0026](I)本發(fā)明利用加速度傳感器檢測(cè)柔性并聯(lián)機(jī)構(gòu)的動(dòng)平臺(tái)振動(dòng)，是接觸式測(cè)量，質(zhì)量輕，對(duì)結(jié)構(gòu)特征改變可忽略，閉環(huán)控制，測(cè)量精度高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn)，既適合于低頻振動(dòng)測(cè)量也適合于高頻振動(dòng)測(cè)量；
[0027](2)本發(fā)明利用壓電陶瓷傳感器檢測(cè)柔性并聯(lián)機(jī)構(gòu)的從動(dòng)桿振動(dòng)，是接觸式測(cè)量，質(zhì)量輕，而且與壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器在同一根桿上，可有效地優(yōu)化配置，并實(shí)時(shí)將檢測(cè)的振動(dòng)反饋給控制量，來(lái)控制從動(dòng)桿的振動(dòng)；
[0028](3)本裝置為多傳感器融合系統(tǒng)，既有加速度傳感器，又有壓電陶瓷片傳感器，可以通過(guò)多傳感器信息融合對(duì)柔性并聯(lián)機(jī)構(gòu)的動(dòng)平臺(tái)振動(dòng)進(jìn)行辨識(shí)研究；
[0029](4)本裝置是一個(gè)多輸入通道的檢測(cè)和控制系統(tǒng)，利用加速度傳感器可以動(dòng)態(tài)標(biāo)定壓電陶瓷片傳感器的測(cè)量值，利用該裝置可以很好的實(shí)現(xiàn)柔性并聯(lián)機(jī)構(gòu)的動(dòng)平臺(tái)振動(dòng)檢測(cè)和控制研究。
【附圖說(shuō)明】
[0030]圖1是本發(fā)明的一種三自由度平面柔性并聯(lián)平臺(tái)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖2是圖1的前視圖；
[0032]圖3是圖1的俯視圖；
[0033]圖4是圖1中從動(dòng)桿的在軸測(cè)圖；
[0034I圖5是圖1中從動(dòng)桿的正面示意圖；
[0035]圖6是圖5的俯視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0037]實(shí)施例
[0038]如圖1-圖6所示，一種三自由度平面柔性并聯(lián)平臺(tái)裝置，包括:
[0039]三個(gè)并聯(lián)分支、動(dòng)平臺(tái)、靜平臺(tái)、電機(jī)1、人機(jī)界面，電荷放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)采集卡、壓電驅(qū)動(dòng)電源、D/A轉(zhuǎn)換器、驅(qū)動(dòng)器、擴(kuò)展卡、運(yùn)動(dòng)控制卡及計(jì)算機(jī)，所述三個(gè)并聯(lián)分支的結(jié)構(gòu)相同，均包括電機(jī)、一根主動(dòng)桿2及一根從動(dòng)桿3，所述三個(gè)電機(jī)安裝在靜平臺(tái)9的三個(gè)角，本實(shí)施例中靜平臺(tái)9為方形，所述電機(jī)機(jī)軸中心處在同一個(gè)等邊三角形的三個(gè)端點(diǎn)上，每臺(tái)電機(jī)I的軸端連接主動(dòng)桿2的一端，主動(dòng)桿的另一端通過(guò)轉(zhuǎn)軸連接從動(dòng)桿的一端，所述從動(dòng)桿3的另一端通過(guò)轉(zhuǎn)軸連接動(dòng)平臺(tái)，所述動(dòng)平臺(tái)5是等邊三角形，三個(gè)從動(dòng)桿3連接在動(dòng)平臺(tái)5的三個(gè)角上。
[0040]在動(dòng)平臺(tái)5的幾何中心安裝三維加速度傳感器4，檢測(cè)動(dòng)平臺(tái)的振動(dòng)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。每根主動(dòng)桿的中間位置貼有一維加速度傳感器7，用于檢測(cè)主動(dòng)桿垂直于桿的振動(dòng)，從動(dòng)桿上粘貼壓電陶瓷片傳感器8，用于檢測(cè)各從動(dòng)桿上垂直于桿的振動(dòng)，所述壓電陶瓷片傳感器8粘貼在從動(dòng)桿的縱向中線(xiàn)出，單面粘貼，所述第一及第二壓電陶瓷片驅(qū)動(dòng)器6、10粘貼在從動(dòng)桿的兩端，均由兩片壓電陶瓷片構(gòu)成，正反兩面粘貼，每面一片，姿態(tài)角為O度，第一和第二壓電陶瓷片驅(qū)動(dòng)器粘貼位置分別距離柔性桿的兩端的鉸鏈連接處I?2厘米。
[0041]所述一維加速度傳感器7、壓電陶瓷片傳感器8及三維加速度傳感器4檢測(cè)的振動(dòng)電信號(hào)經(jīng)過(guò)電荷放大器及A/D轉(zhuǎn)換器輸入到數(shù)據(jù)采集卡，所述數(shù)據(jù)采集卡與計(jì)算機(jī)相互連接；
[0042]所述計(jì)算機(jī)獲得控制信號(hào)后通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器及壓電驅(qū)動(dòng)電源驅(qū)動(dòng)第一及第二壓電陶瓷片驅(qū)動(dòng)器；
[0043]所述計(jì)算機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制卡、擴(kuò)展卡及驅(qū)動(dòng)器依次連接，所述驅(qū)動(dòng)器與電機(jī)連接，所述人機(jī)界面與計(jì)算機(jī)連接。
[0044]主動(dòng)桿和從動(dòng)桿均為柔性，質(zhì)量輕，響應(yīng)更快，也更節(jié)能；電機(jī)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)桿，主動(dòng)桿帶動(dòng)從動(dòng)桿使動(dòng)平臺(tái)定位到目標(biāo)位置之后，產(chǎn)生的彈性變形幅度更大，會(huì)造成動(dòng)平臺(tái)的殘余振動(dòng)，三維及一維加速度傳感器檢測(cè)到動(dòng)平臺(tái)和主動(dòng)桿的振動(dòng)加速度信號(hào)，從動(dòng)桿上的壓電陶瓷片傳感器檢測(cè)此桿上的振動(dòng)，會(huì)輸出微弱的電荷量，將其經(jīng)過(guò)電荷放大器接入到數(shù)據(jù)采集卡，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器后輸入到計(jì)算機(jī)，再運(yùn)行相應(yīng)的控制算法，得到控制量后，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集卡、D/A轉(zhuǎn)換器及驅(qū)動(dòng)壓電電源后驅(qū)動(dòng)從動(dòng)桿上的第一及第二壓電陶瓷片驅(qū)動(dòng)器上，實(shí)現(xiàn)對(duì)并聯(lián)平臺(tái)殘余振動(dòng)主動(dòng)控制的目的；具有測(cè)量精度高、采樣頻率高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快及閉環(huán)控制的優(yōu)點(diǎn)。
[0045]—種三自由度平面柔性并聯(lián)平臺(tái)裝置的振動(dòng)控制方法，包括如下步驟:
[0046]步驟一電機(jī)收到計(jì)算機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)后，帶動(dòng)主動(dòng)桿和從動(dòng)桿使動(dòng)平臺(tái)定位到目標(biāo)位置；
[0047]步驟二三維加速度傳感器檢測(cè)動(dòng)平臺(tái)X和Y方向的振動(dòng)，三個(gè)一維加速度傳感器檢測(cè)垂直主動(dòng)桿方向的振動(dòng)，壓電陶瓷片傳感器檢測(cè)垂直柔性桿方向的振動(dòng)，然后將檢測(cè)的振動(dòng)信號(hào)通過(guò)電荷放大器、A/D轉(zhuǎn)換器輸出到數(shù)據(jù)采集卡，然后輸入到計(jì)算機(jī)中；
[0048]步驟三計(jì)算機(jī)經(jīng)過(guò)相應(yīng)的振動(dòng)主動(dòng)控制算法產(chǎn)生控制信號(hào)，通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器和壓電驅(qū)動(dòng)電源后，將控制信號(hào)輸送至第一及第二壓電陶瓷片驅(qū)動(dòng)器，對(duì)從動(dòng)桿產(chǎn)生控制力作用，控制從動(dòng)桿的振動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)從動(dòng)桿的實(shí)時(shí)振動(dòng)主動(dòng)控制，抵消動(dòng)平臺(tái)振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)平臺(tái)的實(shí)時(shí)振動(dòng)主動(dòng)控制。
[0049]當(dāng)動(dòng)平臺(tái)到達(dá)目標(biāo)位置停止后，動(dòng)平臺(tái)產(chǎn)生自激振動(dòng)，三維加速度傳感器檢測(cè)的動(dòng)平臺(tái)X和Y方向的振動(dòng)信號(hào)形成閉環(huán)控制，振動(dòng)信號(hào)經(jīng)過(guò)電荷放大器、、A/D轉(zhuǎn)換器輸出到數(shù)據(jù)采集卡，然后輸入到計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)進(jìn)行相應(yīng)運(yùn)算的控制量，經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)控制卡、擴(kuò)展卡通過(guò)驅(qū)動(dòng)器輸出進(jìn)行驅(qū)動(dòng)電機(jī)，進(jìn)行自激振動(dòng)的控制。
[0050]在本實(shí)施例中，動(dòng)平臺(tái)上附加質(zhì)量塊，所述動(dòng)平臺(tái)為等邊三角形，邊長(zhǎng)為220mm，厚度為20mm，從動(dòng)桿的尺寸參數(shù)為:252mm X 25mm X 3mm，主動(dòng)桿的尺寸參數(shù)為:254mm X 25mm X3mm，所述主動(dòng)桿、從動(dòng)桿及動(dòng)平臺(tái)均為鋁合金，為使桿件表面絕緣，對(duì)其進(jìn)行氧化處理。一維及三維加速度傳感器由激光探測(cè)頭和加速度傳感器控制器組成，選用丹麥Brilel&Kjaer公司生產(chǎn)的三維加速度壓電傳感器和一維加速度壓電傳感器。三維加速度壓電傳感器型號(hào)為4326-A，測(cè)量頻率為1-8000Hz，靈敏度為3pC/g，重量為13g。一維加速度壓電傳感器4370，測(cè)量頻率為0.1-4800HZ，靈敏度lOOpC/g，溫度范圍為-74-250°C，重量為54g。
[0051]具有多個(gè)傳感器同步測(cè)量功能、操作功能、平均功能、過(guò)濾功能，校準(zhǔn)功能、自動(dòng)歸零功能、取樣率設(shè)置等功能。
[0052]第一壓電陶瓷片驅(qū)動(dòng)器6和第二壓電陶瓷片驅(qū)動(dòng)器10為壓電陶瓷片，幾何尺寸為50mmX 25mm X 2mm。壓電陶瓷片傳感器8也為壓電陶瓷片，幾何尺寸為30mm X 15mmX 1mm。壓電陶瓷材料的彈性模量為Ep = 63Gpa，d31 = _166pm/V。
[0053]電機(jī)I選用安川伺服電機(jī)SGMAV-08ADA61和伺服驅(qū)動(dòng)器⑶V-5R5A01A，20位編碼器可提供足夠精確的位置反饋，3.18N.m的輸出力矩與750W的額定功率足以完成平臺(tái)高速運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)。壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源選用芯明天公司的，其主要模塊是amplifier 090716，模擬輸入± 1V，電壓輸出± 150V，功率為35W，平均電流為115mA，模擬旋鈕1圈調(diào)節(jié)，工作溫度是0-50°C。電荷放大器可選用江蘇聯(lián)能電子有限公司的YE5850型電荷放大器。最大輸入電荷量為16PC,可輸入電荷信號(hào)或電壓信號(hào)，最大輸出為±10Vp(DC?30kHz) j/D數(shù)據(jù)采集卡的型號(hào)為北京阿爾泰科技有限公司生產(chǎn)的PC1-8193。選用的計(jì)算機(jī)CPU型號(hào)為Intel Corei7-4790@3.6Hz，內(nèi)存4G。
[0054]上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受所述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種三自由度平面柔性并聯(lián)平臺(tái)裝置，其特征在于， 包括三個(gè)并聯(lián)分支、動(dòng)平臺(tái)及靜平臺(tái)，所述三個(gè)并聯(lián)分支的結(jié)構(gòu)相同，均包括電機(jī)、一根主動(dòng)桿及一根從動(dòng)桿，三個(gè)電機(jī)分別安裝在靜平臺(tái)的三個(gè)角，電機(jī)軸端連接主動(dòng)桿的一端，主動(dòng)桿的另一端通過(guò)轉(zhuǎn)軸連接從動(dòng)桿的一端，從動(dòng)桿的另一端通過(guò)轉(zhuǎn)軸連接動(dòng)平臺(tái)，所述動(dòng)平臺(tái)是等邊三角形，三個(gè)從動(dòng)桿分別連接在動(dòng)平臺(tái)的三個(gè)角上； 所述主動(dòng)桿上貼有一維加速度傳感器，從動(dòng)桿上粘貼壓電陶瓷片傳感器，所述動(dòng)平臺(tái)安裝三維加速度傳感器，所述從動(dòng)桿的兩端貼有第一及第二壓電陶瓷片驅(qū)動(dòng)器； 還包括電荷放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)采集卡、壓電驅(qū)動(dòng)電源、D/A轉(zhuǎn)換器、驅(qū)動(dòng)器、擴(kuò)展卡、運(yùn)動(dòng)控制卡及計(jì)算機(jī)； 所述一維加速度傳感器、壓電陶瓷片傳感器及三維加速度傳感器檢測(cè)的振動(dòng)電信號(hào)經(jīng)過(guò)電荷放大器及A/D轉(zhuǎn)換器輸入到數(shù)據(jù)采集卡，所述數(shù)據(jù)采集卡與計(jì)算機(jī)相互連接； 所述計(jì)算機(jī)獲得控制信號(hào)后通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器及壓電驅(qū)動(dòng)電源驅(qū)動(dòng)第一及第二壓電陶瓷片驅(qū)動(dòng)器； 所述計(jì)算機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制卡、擴(kuò)展卡及驅(qū)動(dòng)器依次連接，所述驅(qū)動(dòng)器與電機(jī)連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三自由度平面柔性并聯(lián)平臺(tái)裝置，其特征在于，所述一維加速度傳感器貼在主動(dòng)桿的中間位置，所述壓電陶瓷片傳感器粘貼在從動(dòng)桿的縱向中線(xiàn)處，且單面粘貼，所述第一及第二壓電陶瓷片驅(qū)動(dòng)器均由兩片壓電陶瓷片構(gòu)成，正反兩面粘貝占，每面一片。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三自由度平面柔性并聯(lián)平臺(tái)裝置，其特征在于，所述三維加速度傳感器安裝在動(dòng)平臺(tái)的幾何中心位置。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三自由度平面柔性并聯(lián)平臺(tái)裝置，其特征在于，所述動(dòng)平臺(tái)附加質(zhì)量塊。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三自由度平面柔性并聯(lián)平臺(tái)裝置，其特征在于，還包括人機(jī)界面，所述人機(jī)界面與計(jì)算機(jī)連接。6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的一種三自由度平面柔性并聯(lián)平臺(tái)裝置的控制方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟一電機(jī)收到計(jì)算機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)后，帶動(dòng)主動(dòng)桿和從動(dòng)桿使動(dòng)平臺(tái)定位到目標(biāo)位置； 步驟二三維加速度傳感器檢測(cè)動(dòng)平臺(tái)X和Y方向的振動(dòng)，三個(gè)一維加速度傳感器檢測(cè)垂直主動(dòng)桿方向的振動(dòng)，壓電陶瓷片傳感器檢測(cè)垂直柔性桿方向的振動(dòng)，然后將檢測(cè)的振動(dòng)信號(hào)通過(guò)電荷放大器、A/D轉(zhuǎn)換器輸出到數(shù)據(jù)采集卡，然后輸入到計(jì)算機(jī)中； 步驟三計(jì)算機(jī)經(jīng)過(guò)相應(yīng)的振動(dòng)主動(dòng)控制算法產(chǎn)生控制信號(hào)，通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器和壓電驅(qū)動(dòng)放大電路后，將控制信號(hào)輸送至第一及第二壓電陶瓷片驅(qū)動(dòng)器，對(duì)從動(dòng)桿產(chǎn)生控制力作用，控制從動(dòng)桿的振動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)從動(dòng)桿的實(shí)時(shí)振動(dòng)主動(dòng)控制，抵消動(dòng)平臺(tái)振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)平臺(tái)的實(shí)時(shí)振動(dòng)主動(dòng)控制。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制方法，其特征在于，還包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制動(dòng)平臺(tái)的自激振動(dòng)，具體為: 當(dāng)動(dòng)平臺(tái)到達(dá)目標(biāo)位置停止后，動(dòng)平臺(tái)產(chǎn)生自激振動(dòng)，三維加速度傳感器檢測(cè)的動(dòng)平臺(tái)X和Y方向的振動(dòng)信號(hào)形成閉環(huán)控制，振動(dòng)信號(hào)經(jīng)過(guò)電荷放大器、、A/D轉(zhuǎn)換器輸出到數(shù)據(jù)采集卡，然后輸入到計(jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)進(jìn)行相應(yīng)運(yùn)算的控制量，經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)控制卡、擴(kuò)展卡通過(guò)驅(qū)動(dòng)器輸出進(jìn)行驅(qū)動(dòng)電機(jī)，進(jìn)行自激振動(dòng)的控制。
【文檔編號(hào)】B25J13/08GK106041895SQ201610589183
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年7月25日 公開(kāi)號(hào)201610589183.4, CN 106041895 A, CN 106041895A, CN 201610589183, CN-A-106041895, CN106041895 A, CN106041895A, CN201610589183, CN201610589183.4
【發(fā)明人】邱志成, 楊杰, 張憲民
【申請(qǐng)人】華南理工大學(xué)