基于激光位移傳感器的并聯(lián)平臺振動檢測控制裝置與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及柔性并聯(lián)平臺定位振動檢測及控制研宄領(lǐng)域，特別是涉及一種基于激 光位移傳感器的并聯(lián)平臺振動檢測控制裝置與方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 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)是若干個自由度末端執(zhí)行器與固 定基座通過兩條或兩條以上的獨立運動支鏈相連。并聯(lián)機(jī)器人包含兩個平臺，即動平臺與 靜平臺（也稱定平臺），靜平臺固定在基座上或連接到另一臺機(jī)器人的末端執(zhí)行器上，動平 臺相對靜平臺運動。兩平臺之間由兩條或兩條以上的支鏈相連。它具有兩個或兩個以上自 由度，且驅(qū)動器一般分布在與靜平臺相連的一端上（以并聯(lián)方式驅(qū)動）。并聯(lián)機(jī)器人具有大 剛度、高精度、高承載能力等優(yōu)點，主要應(yīng)用在強(qiáng)剛度、精度高、運動速度快、動態(tài)特性好、操 作靈巧、對工作空間要求不大的場合，如航空航天、制造裝備、精密測量與精密定位領(lǐng)域。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)器人開始得到許多研宄者和工程師的關(guān)注。當(dāng)系 統(tǒng)運動時，由于慣性力等因素的影響導(dǎo)致低剛度的柔性構(gòu)件發(fā)生彈性變形，彈性變形嚴(yán)重 影響著機(jī)械的性能，并且在機(jī)構(gòu)運動定位之后還有殘余振動，振動會影響系統(tǒng)的運動定位 精確度以及延長定位時間，因此針對不同的應(yīng)用應(yīng)該設(shè)計不同的控制策略來檢測及控制振 動。
[0003] 為了控制并聯(lián)機(jī)器人動平臺的殘余振動，首先需要檢測出振動量，而現(xiàn)有技術(shù)中 一般采用接觸式傳感器對其進(jìn)行測量，比如使用安裝式加速度傳感器檢測，或者使用粘貼 式壓電陶瓷片檢測等，這些方法都會對柔性被動桿或動平臺產(chǎn)生附加質(zhì)量，會改變系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)特性，同時加速度傳感器的測量噪聲相對較大，這需要對振動信號進(jìn)行濾波處理，而壓電 陶瓷材料為脆性材料，材料的強(qiáng)度和疲勞壽命受環(huán)境溫度等影響，所以應(yīng)用上受到一定的 限制。
[0004] 因此，研宄一種不增加結(jié)構(gòu)附加質(zhì)量、不改變結(jié)構(gòu)特征、且測量精度高的并聯(lián)平臺 振動檢測控制裝置與方法具有重要研宄意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，提供一種基于激光位移傳感 器的并聯(lián)平臺振動檢測控制裝置，該裝置采用激光位移傳感器測量動平臺的振動，是非接 觸式測量，不增加結(jié)構(gòu)附加質(zhì)量，不改變結(jié)構(gòu)特征，具有測量精度高、采樣頻率高、動態(tài)響應(yīng) 快的優(yōu)點。
[0006] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于上述并聯(lián)平臺振動檢測控制裝置的控制方 法，該方法利用激光位移傳感器采集振動信息，測量精度高，并能夠通過壓電陶瓷片驅(qū)動器 對動平臺的殘余振動進(jìn)行主動控制，使并聯(lián)機(jī)器人運動更準(zhǔn)確。
[0007] 本發(fā)明的目的通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn)：基于激光位移傳感器的并聯(lián)平臺振動檢 測控制裝置，包括并聯(lián)平臺本體單元、振動檢測單元以及振動控制單元，其中：
[0008] 所述并聯(lián)平臺本體單元包括一動平臺、一靜平臺和三個并聯(lián)分支，所述動平臺為 等邊三角形，每個邊角處均設(shè)有轉(zhuǎn)軸；每個并聯(lián)分支包括依次相連的電機(jī)、主動桿和從動柔 性桿，其中電機(jī)安裝在靜平臺的邊沿處，從動柔性桿通過轉(zhuǎn)軸與動平臺連接；電機(jī)驅(qū)動主動 桿和從動柔性桿使動平臺以定姿態(tài)移動定位到目標(biāo)位置；
[0009] 所述振動檢測單元包括若干個用以檢測動平臺在水平方向上的平動位移和轉(zhuǎn)動 角度的激光探測裝置和激光位移傳感控制器，每個激光探測裝置包括激光探測頭和定位裝 置，激光探測頭設(shè)置在定位裝置上，安裝在靜平臺的周圍，激光探測頭發(fā)射的光點均落在動 平臺的側(cè)邊上，其中兩個激光探測頭的光點落在動平臺的同一邊；每個激光探測頭分別與 激光位移傳感控制器連接；
[0010] 所述振動控制單元包括數(shù)據(jù)處理單元、壓電驅(qū)動放大電源和壓電陶瓷片驅(qū)動器， 所述數(shù)據(jù)處理單元分別與激光位移傳感控制器和壓電驅(qū)動放大電源相連，壓電驅(qū)動放大電 源與壓電陶瓷片驅(qū)動器相連；所述壓電陶瓷片驅(qū)動器設(shè)置在每根從動柔性桿上。
[0011] 優(yōu)選的，所述每根從動柔性桿上的壓電陶瓷片驅(qū)動器均包括第一壓電陶瓷片驅(qū)動 器和第二壓電陶瓷片驅(qū)動器，第一壓電陶瓷片驅(qū)動器和第二壓電陶瓷片驅(qū)動器分別設(shè)置在 從動柔性桿的兩端，且在端部以姿態(tài)角為0°對稱粘貼。
[0012] 優(yōu)選的，所述振動檢測單元包括三個激光探測頭，其中第二激光探測頭和第三 激光探測頭對應(yīng)于動平臺的同一邊且平行于靜平臺放置，距離動平臺邊沿標(biāo)準(zhǔn)距離為 200-500mm，第一激光探測頭對應(yīng)于動平臺另一邊且平行于靜平臺放置，距離動平臺邊沿標(biāo) 準(zhǔn)距離為200-500mm。
[0013] 更進(jìn)一步的，所述定位裝置包括水平支架、豎直支架、磁性底座和千分尺，豎直支 架設(shè)置在磁性底座上，水平支架設(shè)置在豎直支架上，激光探測頭固定在水平支架的一端，其 位置在水平支架上可調(diào)，調(diào)整的位移值由千分尺檢測。針對不同型號的激光探測頭，其與動 平臺有不同的標(biāo)準(zhǔn)距離，并且此距離可通過磁性底座的移動以及千分尺的調(diào)整來實現(xiàn)，激 光探測頭發(fā)射的光點在動平臺邊沿的位置也可以通過磁性底座和水平支架的移動來進(jìn)行 調(diào)整。
[0014] 一種基于上述并聯(lián)平臺振動檢測控制裝置的控制方法，包括步驟：
[0015] (1)電機(jī)驅(qū)動主動桿和從動柔性桿使動平臺以定姿態(tài)移動定位到目標(biāo)位置；
[0016] (2)激光探測頭檢測動平臺在水平方向上的平動位移和轉(zhuǎn)動角度，然后將檢測信 號發(fā)送到激光位移傳感控制器，通過A/D數(shù)據(jù)采集卡輸入到數(shù)據(jù)處理單元；
[0017] (3)數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)上述檢測信號計算出控制信號，然后通過D/A轉(zhuǎn)換卡和壓 電驅(qū)動放大電源后，將控制信號輸送至壓電陶瓷片驅(qū)動器，對從動柔性桿產(chǎn)生控制力作用， 抵消動平臺振動，實現(xiàn)對動平臺的實時振動主動控制。
[0018] 具體的，所述步驟（2)中，動平臺在水平方向上的平動位移和轉(zhuǎn)動角度的計算方 法是：
[0019] 設(shè)有三個激光探測頭，其中第二激光探測頭和第三激光探測頭對應(yīng)于動平臺的同 一邊且平行于靜平臺放置，第一激光探測頭對應(yīng)于動平臺另一邊且平行于靜平臺放置，通 過第一激光探測頭、第二激光探測頭和第三激光探測頭建立一直角坐標(biāo)系， yi、