[發明專利]氣動驅動雙擺動壓電柔性梁裝置和控制方法

無效

• 申請號: 201110300916.5
• 申請日: 2011-09-28
• 公開（公告）號: CN102393632A
• 公開（公告）日: 2012-03-28
• 發明（設計）人: 邱志成;謝卓偉;石明禮
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G05B13/02
• 分類號: G05B13/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及柔性機器人領域，特別涉及一種氣動驅動雙擺動壓電柔性梁裝置和控制方法。

背景技術

氣動技術與其他的傳動和控制方式相比，有如下優點：氣動裝置結構簡單、輕便、價格相對低廉、安裝維護簡單，壓力等級低，使用安全，節能，無污染，高速高效，易于實現自動化。氣動控制具有防火、防爆、防潮的能力。與液壓驅動相比，清潔，無污染，不需要泵站及冷卻裝置等。氣動控制回路有進口節流和出口節流的方式，系統的排氣是采用伺服閥、比例閥、以及高速開關閥的脈沖調制控制方式來實現控制。氣動控制擺動氣缸時，與伺服電機驅動相比，不需要減速器等。這樣，既降低了成本，又不會因為傳動間隙等影響精度。

柔性結構應用在航天領域以及工業生產。相對于剛性結構，具有質量輕、能耗低、效率高等優點，但柔性結構的剛度低、柔性大等特點將產生振動問題，影響控制精度。近年來，柔性結構的振動主動控制就成為當今世界普遍關注而富有挑戰性的重要課題。

對應航天結構中的帆板，基本上是中心浮動本體，帶有兩翼柔性結構。需要達到指向要求，所以考慮剛柔耦合的兩個壓電柔性梁裝置指向和振動控制方法，在建立試驗裝置時，驅動方式選擇采用擺動氣缸。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種基于氣動驅動雙擺動壓電柔性梁裝置和控制方法，使得柔性梁結構在較大的旋轉范圍內運動，并使之在較大的工作空間上實現穩定、準確、快速的到達預設定的定位及指向，并快速抑制振動。另外，雙擺動氣缸驅動還可以通過兩只擺動氣缸擺動角度的相互補償來實現柔性梁定點指向，而不受其中某一氣缸擺動的影響。

該發明的另一個目的是給出一種在建模及控制方面相對復雜的系統，為研究復雜控制算法提供試驗裝置。

為達到上述目的，本發明采用如下的方法和技術方案：

一種氣動驅動雙擺動壓電柔性梁的裝置，包括柔性梁本體部分、氣動驅動部分和控制部分：

——柔性梁本體部分包括：

柔性梁Ⅰ11，一端為自由端，另一端為固定端；柔性梁Ⅱ15，一端為自由端，另一端為固定端；柔性梁Ⅰ11與柔性梁Ⅱ15平行放置，柔性梁Ⅰ11的固定端與柔性梁Ⅱ15的固定端固定在通過擺動法蘭盤機械連接裝置Ⅱ7安裝在擺動氣缸Ⅰ1的擺動法蘭盤上；

擺動氣缸Ⅰ1、擺動氣缸Ⅱ4，擺動氣缸Ⅰ1的基座安裝在擺動法蘭盤機械連接裝置Ⅰ3?上，機械連接裝置Ⅰ3安裝在擺動氣缸Ⅱ4的擺動法蘭盤上，擺動氣缸Ⅰ1的擺動法蘭盤通過聯軸器與光電編碼器Ⅰ2的轉軸相連，光電編碼器Ⅰ2安裝在擺動法蘭盤機械連接裝置Ⅰ3上；擺動氣缸Ⅱ4安裝在底座6上，其擺動法蘭通過聯軸器與固定在底座6上的光電編碼器Ⅱ5的轉軸相連；

壓電片驅動器Ⅰ8、壓電傳感器Ⅰ9分別粘貼在柔性梁Ⅰ11的固定端；壓電片驅動器Ⅱ12、壓電傳感器Ⅱ13分別粘貼在柔性梁Ⅱ15的固定端；

加速度傳感器Ⅰ10安裝在柔性梁Ⅰ11的自由端，加速度傳感器Ⅱ14安裝在柔性梁Ⅱ15的自由端；

——氣動驅動部分，由兩個氣動通路構成，分別用于驅動擺動氣缸Ⅰ1的擺動和擺動氣缸Ⅱ4的擺動；

——控制部分，用于處理檢測到的柔性梁Ⅰ11和柔性梁Ⅱ15的轉動、振動信號，并做出相應的處理。

所述壓電片驅動器Ⅰ8由4片壓電片在柔性梁Ⅰ11的兩面對稱粘貼構成，每面2片且并聯連接；壓電片驅動器Ⅱ12由4片壓電片在柔性梁Ⅱ15的兩面對稱粘貼構成，每面2片且并聯連接；所述壓電傳感器Ⅰ9和壓電傳感器Ⅱ13各為1個，分別安裝在柔性梁Ⅰ11和柔性梁Ⅱ15的固定端的寬度方向的中間位置。

所述氣動驅動部分的氣泵16產生的高壓氣體通過氣動三聯件17穩壓后提供氣源給兩個氣動通路：

——氣動通路I，高壓氣體經過氣動三聯件17后與氣動比例閥Ⅱ24的一個端口連接，氣動比例閥Ⅱ24的另外兩個端口分別與擺動氣缸Ⅰ1的左氣腔和右氣腔連接，用于驅動控制擺動氣缸Ⅰ1的擺動；

——氣動通路II，三個氣動減壓閥18與氣動三聯件17連接后，其中兩個氣動減壓閥18與氣動兩位五通閥20的兩個端口直接連接，另外一個氣動減壓閥18連接氣動單向閥19后分兩路，一路與氣動兩位五通閥20一個端口連接，另一路與氣動比例閥Ⅰ21連接，構成系統的排氣調節出口，氣動兩位五通閥20另外兩個端口分別經過氣動單向節流閥Ⅰ22和氣動單向節流閥Ⅱ23后與擺動氣缸Ⅱ4的左氣腔和右氣腔連接，用于驅動控制擺動氣缸Ⅱ4的擺動。