一種基于加速度傳感器抑制并聯(lián)平臺(tái)振動(dòng)控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及3-RRR并聯(lián)平臺(tái)的控制，尤其設(shè)及一種基于加速度傳感器抑制并 聯(lián)平臺(tái)振動(dòng)控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 并聯(lián)機(jī)器人相比串聯(lián)機(jī)器人具有高速度、高精度、高承載能力的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，并聯(lián)機(jī) 器人的末端動(dòng)平臺(tái)可W實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)、精確定位、承載大質(zhì)量負(fù)載。選擇并聯(lián)機(jī)器人作為精 密定位平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)高速、高精度、高效率定位。并聯(lián)機(jī)器人的各個(gè)主動(dòng)關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)使動(dòng)平 臺(tái)按期望軌跡運(yùn)動(dòng)。實(shí)際應(yīng)用中并聯(lián)平臺(tái)存在多種非線(xiàn)性因素，減速器的間隙和摩擦、關(guān)節(jié) 間隙、桿件的彈性變形等，由于非線(xiàn)性因素的影響，并聯(lián)機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)， 3-RRR并聯(lián)平臺(tái)在奇異位形及附近定位時(shí)容易引發(fā)自激振動(dòng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種基于加速度傳 感器抑制并聯(lián)平臺(tái)振動(dòng)控制系統(tǒng)，解決現(xiàn)有技術(shù)并聯(lián)平臺(tái)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中或定位時(shí)的振動(dòng)問(wèn) 題，使并聯(lián)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)或定位平穩(wěn)、精準(zhǔn)。
[0004] 本實(shí)用新型通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)： 陽(yáng)〇化]一種基于加速度傳感器抑制并聯(lián)平臺(tái)振動(dòng)控制系統(tǒng)，包括=個(gè)并聯(lián)分支機(jī)構(gòu)，每 個(gè)并聯(lián)分支機(jī)構(gòu)包括一臺(tái)=相交流伺服電機(jī)1、減速器2、一根主動(dòng)桿4、一根從動(dòng)桿6 ;
[0006] 各個(gè)并聯(lián)分支機(jī)構(gòu)的=相交流伺服電機(jī)1分別安裝在固定平臺(tái)的=個(gè)安裝孔里 面，安裝孔呈等邊=角形分布，=相交流伺服電機(jī)1連接減速器2,減速器2安裝減速器轉(zhuǎn)動(dòng) 軸3,減速器轉(zhuǎn)動(dòng)軸3連接主動(dòng)桿4,主動(dòng)桿4的另一端通過(guò)主動(dòng)桿轉(zhuǎn)動(dòng)軸5連接從動(dòng)桿6， 從動(dòng)桿6的另一端通過(guò)從動(dòng)桿轉(zhuǎn)動(dòng)軸7連接動(dòng)平臺(tái)8,動(dòng)平臺(tái)8呈等邊=角形；
[0007] =個(gè)=相交流伺服電機(jī)1聯(lián)合驅(qū)動(dòng)主動(dòng)桿4,主動(dòng)桿4帶動(dòng)從動(dòng)桿6使動(dòng)平臺(tái)8按 照期望軌跡運(yùn)動(dòng)；
[0008] S相交流伺服電機(jī)1的端部安裝增量式編碼器，連接化pace半物理仿真控制卡的 編碼器信號(hào)接口，用于檢測(cè)=相交流伺服電機(jī)1實(shí)際位置；
[0009] 動(dòng)平臺(tái)8上設(shè)有支架9,支架9上安裝兩個(gè)呈直線(xiàn)分布的=自由度加速度傳感器， 良P，第一=自由度加速度傳感器11-1和第二=自由度加速度傳感器11-2,用于檢測(cè)動(dòng)平臺(tái) 8的兩個(gè)平動(dòng)自由度和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度方向加速度；主動(dòng)桿4上分別安裝單自由度加速度 傳感器，即，第一單自由度加速度傳感器10-1、第二單自由度加速度傳感器10-2和第=單 自由度加速度傳感器1〇-3,用于檢測(cè)主動(dòng)桿4轉(zhuǎn)動(dòng)自由度方向加速度；
[0010] 所述=自由度加速度傳感器和單自由度加速度傳感器的輸出端連接電荷放大器 的輸入端，電荷放大器輸出端連接化pace半物理仿真控制卡的A/DC接口；S相交流伺服電 機(jī)1通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)器與化pace半物理仿真控制卡的I/O接口連接；
[0011] 所述單自由度加速度傳感器女裝在王動(dòng)桿4、距罔王動(dòng)桿轉(zhuǎn)動(dòng)軸5軸心180mm的中 屯、位置；
[0012] 所述第一=自由度加速度傳感器11-1安裝在動(dòng)平臺(tái)8的中屯、，第二=自由度加速 度傳感器11-2女裝在y軸正方向距罔動(dòng)平臺(tái)8中心40mm的位置。
[0013] 所述=自由度加速度傳感器和單自由度加速度傳感器，均為壓電式電荷輸出型加 速度傳感器；
[0014] 上述基于加速度傳感器抑制并聯(lián)平臺(tái)振動(dòng)控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于包括 如下步驟：
[0015] 步驟一 =Dspace半物理仿真控制卡發(fā)送控制信號(hào)給伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)=相交流伺 服電機(jī)1，帶動(dòng)減速器2轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)主動(dòng)桿4和被動(dòng)桿6使動(dòng)平臺(tái)8按照預(yù)定軌跡運(yùn)動(dòng)；
[0016] 步驟二相交流伺服電機(jī)1端部安裝的增量式編碼器實(shí)時(shí)檢測(cè)主動(dòng)桿4的位置， 增量式編碼器將信號(hào)經(jīng)伺服驅(qū)動(dòng)器分頻后輸入化pace半物理仿真控制卡，將實(shí)際位置與 期望位置作差，偏差信號(hào)經(jīng)過(guò)位置閉環(huán)控制算法產(chǎn)生控制信號(hào)，控制信號(hào)經(jīng)過(guò)化pace半物 理仿真控制卡的D/AC接口輸出給伺服驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)S相交流伺服電機(jī)1運(yùn)動(dòng)，使主動(dòng)桿4 的運(yùn)動(dòng)跟隨期望軌跡，進(jìn)而使動(dòng)平臺(tái)8按期望軌跡運(yùn)動(dòng)；
[0017] 步驟=:在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中或點(diǎn)定位時(shí)，由單自由度加速度傳感器和=自由度加速度 傳感器分別測(cè)試主動(dòng)桿4和動(dòng)平臺(tái)8的加速度，加速度信息反映主動(dòng)桿4和動(dòng)平臺(tái)8的振動(dòng) 情況，將=相交流伺服電機(jī)1作為制動(dòng)器抑制運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的振動(dòng)或點(diǎn)定位時(shí)的自激振動(dòng)， 實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)8在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中或點(diǎn)定位時(shí)的高精度。
[0018] 步驟=所述由單自由度加速度傳感器和=自由度加速度傳感器分別測(cè)試主動(dòng)桿4 和動(dòng)平臺(tái)8的加速度，檢測(cè)過(guò)程如下：
[0019] 動(dòng)平臺(tái)8的兩個(gè)平動(dòng)加速度值-V.V和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)角加速度值苗通過(guò)W下公式計(jì)算得 到：
[0020] 安裝在動(dòng)平臺(tái)8中屯、的第一S自由度加速度傳感器11-1測(cè)得X方向加速度a, 1和 y方向加速度曰,1，第二S自由度加速度傳感器11-2測(cè)得X方向加速度屯2和y方向加速度 3,2,動(dòng)平臺(tái)中屯、點(diǎn)處的旋轉(zhuǎn)角加速度為
[0021] 本實(shí)用新型相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果：
[0022] 本實(shí)用新型采用2個(gè)=自由度加速度傳感器安裝在動(dòng)平臺(tái)上，能夠解算出動(dòng)平臺(tái) 中屯、2個(gè)平動(dòng)自由度和1個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度方向加速度，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，質(zhì)量輕，體積小，不影響并聯(lián) 平臺(tái)的特性，成本低。本實(shí)用新型可W檢測(cè)3-RRR并聯(lián)平臺(tái)主動(dòng)桿和動(dòng)平臺(tái)的加速度，結(jié)合 增量式編碼器測(cè)量的主動(dòng)關(guān)節(jié)角度，可W推導(dǎo)出3-RRR并聯(lián)平臺(tái)主動(dòng)桿和動(dòng)平臺(tái)的實(shí)際位 置、速度、加速度。本實(shí)用新型采用增量式編碼器和加速度傳感器檢測(cè)3-RRR并聯(lián)平臺(tái)主動(dòng) 桿和動(dòng)平臺(tái)的位置、速度、加速度，運(yùn)些信號(hào)經(jīng)過(guò)解算作為控制信號(hào)給伺服驅(qū)動(dòng)器，可W抑 制運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的振動(dòng)或點(diǎn)定位時(shí)的自激振動(dòng)。
[0023] 本實(shí)用新型利用加速度傳感器檢測(cè)并聯(lián)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的振動(dòng)信號(hào)或點(diǎn)定位時(shí) 的自激振動(dòng)信號(hào)，具有測(cè)量精度高，采樣頻率高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn)；
[0024] 本實(shí)用新型的基于加速度傳感器的檢測(cè)系統(tǒng)采用壓電式電荷輸出型加速度傳感 器能夠在高頻帶寬度范圍內(nèi)測(cè)量振動(dòng)信息，可W準(zhǔn)確分析振動(dòng)量；
[0025] 綜上所述，本實(shí)用新型的基于加速度傳感器測(cè)量設(shè)備抑制并聯(lián)平臺(tái)振動(dòng)的控制系 統(tǒng)與方法采用兩個(gè)=自由度加速度傳感器安裝在動(dòng)平臺(tái)上，能夠解算出動(dòng)平臺(tái)中屯、兩個(gè)平 動(dòng)自由度和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度方向加速度，采用單自由度加速度傳感器測(cè)量主動(dòng)桿加速度， 增量式編碼器測(cè)量主動(dòng)關(guān)節(jié)的位置，運(yùn)些信號(hào)可W解算出3-RRR并聯(lián)平臺(tái)主動(dòng)桿和動(dòng)平臺(tái) 的實(shí)際位置、速度、加速度，進(jìn)而定量分析并聯(lián)平臺(tái)在奇異位形及附近定位時(shí)的自激振動(dòng)， 分析非線(xiàn)性因素如減速器的間隙和摩擦、桿件的彈性形變、關(guān)節(jié)的間隙等對(duì)并聯(lián)平臺(tái)動(dòng)力 學(xué)特性的影響，進(jìn)一步分析自激振動(dòng)的機(jī)理；本實(shí)用新型的基于加速度傳感器測(cè)量設(shè)備抑 制并聯(lián)平臺(tái)振動(dòng)的控制系統(tǒng)與方法由單自由度加速度傳感器測(cè)量的主動(dòng)桿振動(dòng)信息經(jīng)過(guò) 控制算法給=相交流伺服電機(jī)施加控制信號(hào)，可W抑制并聯(lián)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中或點(diǎn)定位的振 動(dòng)，根據(jù)=自由度加速度傳感器測(cè)量的動(dòng)平臺(tái)振動(dòng)信息，可W分析振動(dòng)情況，評(píng)價(jià)抑制振動(dòng) 的控制效果。
【附圖說(shuō)明】
[00%] 圖1是本實(shí)用新型基于加速度傳感器抑制并聯(lián)平臺(tái)振動(dòng)控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)示 意圖； W27] 圖2是圖1的前視圖； W28] 圖3是圖1的俯視圖；
[0029] 圖4是加速度傳感器安裝示意圖；
[0030] 圖5是圖1動(dòng)平臺(tái)上的2個(gè)=自由度加速度傳感器安裝示意圖；第一=自由度加 速度傳感器安裝在動(dòng)平臺(tái)的中屯、，第二=自由度加速度傳感器安裝在動(dòng)平臺(tái)的y軸方向， 呈直線(xiàn)分布。
[0031] 圖6是圖1主動(dòng)桿上的單自由度加速度傳感器安裝示意圖；
[0032] 圖7是基于增量式編碼器測(cè)量設(shè)備抑制并聯(lián)平臺(tái)振動(dòng)控制過(guò)程方框圖；將增量式 編碼器的信號(hào)經(jīng)過(guò)反相和濾波后作為控制信號(hào)給伺服驅(qū)動(dòng)器，可W抑制自激振動(dòng)。
[0033] 圖8是基于加速度傳感器測(cè)量設(shè)備抑制并聯(lián)平臺(tái)振動(dòng)控制過(guò)程方框圖；虛線(xiàn)框?yàn)?控制算法部分，在實(shí)際測(cè)試關(guān)節(jié)空間和工作空間的位置、速度、加速度后，可W按照機(jī)器人 動(dòng)力學(xué)控制方法的思路設(shè)計(jì)控制算法抑制并聯(lián)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)的振動(dòng)或點(diǎn)定位時(shí)的自激