[实用新型]基于立体视觉的柔性机械臂振动测量控制装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及柔性悬臂梁结构振动检测控制领域，具体涉及基于立体视觉的柔性机械臂振动测量控制装置。

背景技术

柔性材料因其质量轻、刚度低、灵活性大等特点，在实际工程中有着广泛应用。旋转柔性悬臂梁的应用主要体现在航天器柔性关节和柔性机械臂上，另外也可用于模拟飞机旋转机翼和涡轮叶片。相对于刚性机械臂，柔性臂更为轻质化，因而可以降低能耗，提高效率；然而由于柔性臂结构细长，刚度较小，所以稳定性没有刚性臂好。以空间柔性机器人和航天器挠性关节为例，在转动调姿或者变轨时产生自身激励以及受到太空中的外部扰动时，容易引起悬臂梁的振动，尤其是在平衡点附近的小幅值模态振动，如果不能快速的抑制这些振动，将影响系统的稳定性和指向精度，从而降低系统的可靠性，甚至带来难以预估的损失。为了保证航天器的正常工作，有必要对其低频模态振动进行检测，分析振动特性并且加以控制。

当前对柔性悬臂梁结构的弯曲模态振动控制的研究，通常采用加速度传感器、压电陶瓷片等接触式测量传感器，通过优化配置进行。加速度传感器质量小，易安装，鲁棒性好，适用于振动检测；压电陶瓷材料响应快、频带宽、线性度好，利用其正逆压电效应可以同时作为传感器和驱动器使用。然而两者都属于接触式测量的范畴，会给悬臂梁增加附加质量，从而改变梁的结构特性，影响实验效果。

实用新型内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本实用新型提供一种基于立体视觉的柔性机械臂振动测量控制装置。

本实用新型采用电机控制的二自由度旋转柔性悬臂梁结构，并且使用压电陶瓷片、加速度传感器和工业相机相结合的测量方法对柔性悬臂板的振动模态进行检测，再结合主动控制算法，以实现对柔性悬臂梁结构的弯曲振动主动控制的目的。

本实用新型采用如下技术方案：

一种基于立体视觉的柔性机械臂振动测量控制装置，包括柔性机械臂本体部分及检测控制部分；

所述柔性机械臂本体部分包括两块串联配置的柔性悬臂梁，两块柔性悬臂梁分别为第一及第二柔性悬臂梁，第一柔性悬臂梁的一端通过夹板固定在第一行星减速器的输出轴连接件上，通过第一伺服电机进行一级驱动；

第二柔性悬臂梁一端固定在第二行星减速器的输出轴连接件上，通过第二伺服电机进行二级驱动，另一端悬空；

第一柔性悬臂梁的另一端与第二柔性悬臂梁的一端连接；

所述第一柔性悬臂梁的一端由立柱支撑安装在台座上；

第一柔性悬臂梁及第二柔性悬臂梁均粘贴压电传感器、压电驱动器及加速度传感器；

还包括工业相机，所述工业相机通过云台放置在滑轨上，所述滑轨安装在相机架上；

所述检测控制部分包括：所述压电传感器及加速度传感器检测柔性悬臂梁的振动信号，经过电荷放大器及运动控制卡输入到计算机中；所述工业相机拍摄到柔性悬臂梁的图像输入计算机中，得到柔性悬臂梁的振动信息；

计算机处理接收的柔性悬臂梁的振动信息得到控制信号输入运动控制卡通过压电放大电路及电机伺服单元输出到压电驱动器及伺服电机，分别抑制柔性悬臂梁的小幅值弯曲振动及大幅值弯曲振动。

一种基于立体视觉的柔性机械臂振动测量控制装置，

所述压电传感器由四片压电片构成，粘贴在每根柔性悬臂梁的宽度方向的中线上，正反两面对称粘贴，每面一片；

所述加速度传感器分别粘贴在第一柔性悬臂梁的另一端及第二柔性悬臂梁的自由端，加速度传感器具体粘贴在宽度方向的中线上；

所述压电驱动器由八片压电片构成，粘贴在每根柔性悬臂梁正反两面，每面两片，且关于柔性悬臂梁宽度方向中线对称。

所述工业相机具体为两台，两台相机安装在第二柔性悬臂梁的正前方，且两台相机平行设置在滑轨上。

所述第二柔性悬臂梁设置两个视觉检测标志点，所述第二柔性悬臂梁在两个相机的视场范围内。

两个工业相机的水平距离为100mm，且距离柔性悬臂梁400mm-600mm。

所述视觉检测标志点具体为两个，水平设置在第二柔性悬臂梁宽度方向的中线上，长度方向上靠近自由端。

一种基于立体视觉的柔性机械臂振动测量控制装置的控制方法，包括如下步骤：

第一步用激振小锤施加外部激励激发柔性悬臂梁的小范围振动；

第二步利用压电传感器和加速度传感器检测柔性悬臂梁的弯曲模态振动，得到相应的电信号输出，然后经由电荷放大器放大，通过运动控制卡的A/D模块数模转换后输入到计算机中储存，得到振动信息；