[發明專利]一種懸臂末端振動分析與誤差補償方法

有效

• 申請號: 201310060550.8
• 申請日: 2013-02-26
• 公開（公告）號: CN103144110A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 劉衍;王學偉;吳保林;徐德
• 申請（專利權）人: 中國科學院自動化研究所
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

技術領域

本發明涉及機械振動與機器人技術應用領域，特別是關于一種懸臂振動分析與誤差補償方法。

背景技術

柔性懸臂因具有質量輕、運動速度快等優點，在無人遙感作業、精密制造和國防等應用領域占有十分重要的地位。但由于柔性懸臂撓度大、阻尼小，在運動過程中易受外力作用而產生持續振動，影響末端定位精度與效率，限制了它的進一步應用。工程實踐中使用的懸臂長度一般大于5m，占用空間大，使得實驗平臺搭建不方便，且平臺成本高，給懸臂的振動分析帶來了困難。同時，對于細長比超出一定值的懸臂，末端位置誤差由低頻引起的靜態形變和高頻動態振動產生，這給懸臂快速、高精度定位得實現提出了新挑戰。

現有技術中，解決上述問題的方法主要是振動抑制法和誤差補償法。其中，振動抑制法是利用軟件仿真分析，如Ansys、B&K?Pulse等，得到懸臂振動模態。依據所得振動模態，在懸臂上增加附件結構，抑制其振動，達到高精度定位的目的。該方法結構簡單，能夠較好地抑制高頻振動，在工程中已得到廣泛應用。但該振動抑制方法缺乏靈活性，對低頻振動抑制效果欠佳；誤差補償方法是采用主動執行機構補償形變或振動引起的位置誤差，達到提高末端定位精度的目的。哈爾濱工業大學專利200410013627.7涉及一種六自由度并聯機器人實現精密定位的方法，該方法對低頻振動引起的位置誤差能夠進行有效補償，但對高頻振動引起的誤差的補償效率低且精度差。

發明內容

針對上述問題，本發明提出一種用于分析懸臂低/高頻振動產生的誤差進行補償的方法。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種懸臂末端振動分析與誤差補償方法，其特征在于，所述方法涉及基體Stewart平臺、縮小一定比例的懸臂、力傳感器、定位Stewart平臺、執行器和激光位移傳感器；其中，所述基體Stewart平臺的固定平臺固定于安全墻上，其運動平臺與懸臂的一端固定連接，另一端通過力傳感器與定位Stewart平臺的固定平臺連接；定位Stewart平臺的運動平臺與執行器剛性連接，所述激光位移傳感器使其發出的激光垂直于所述執行器末端表面；

所述方法包括對低頻懸臂末端的振動分析與誤差補償，具體包括如下步驟：

步驟101：通過基體Stewart平臺的運動帶動與其固定相連的懸臂產生低頻振動；

步驟102：激光位移傳感器測得執行器末端的位置偏移，并將該偏移量作為定位Stewart平臺的輸入量；

步驟103：利用Stewart平臺關節空間運動力學模型，通過控制定位Stewart平臺的運動，完成對執行器末端位置誤差的補償。

進一步的，所述方法還包括對懸臂末端的高頻振動分析與誤差補償，具體包括如下步驟：

步驟201：通過基體Stewart平臺的運動帶動與其相連的懸臂末端產生所需頻率的高頻振動；

步驟202：建立懸臂精確分布參數動力學模型，獲得懸臂末端位置誤差變化規律的表達式；

步驟203：依據力傳感器測得的懸臂末端受力的大小，得到懸臂末端位置實際誤差變化規律，再利用Stewart平臺關節空間運動力學模型，通過控制定位Stewart平臺的電機，實現其伸縮桿長度的變化，完成對由于懸臂高頻振動引起的執行器末端位置誤差的反向補償。

進一步的，步驟201中進一步包括，所述基體Stewart平臺提供參數化標準激勵，使懸臂末端產生所需頻率的高頻振動。

進一步的，所述步驟203進一步包括：當所受外力作用于懸臂末端時，其末端位置誤差為隨時間變化的正弦曲線。

本發明由于采取以上技術方案，其具有以下優點：

1、基體Stewart平臺既能分析懸臂低頻振動，又能夠為懸臂高頻振動提供參數化標準激勵，為懸臂振動抑制提供了基礎條件；

2、依據懸臂精確動力學模型和六自由度力/力矩傳感器測得值得到的懸臂末端位置誤差，提高了定位Stewart平臺的誤差補償的精度和效率；

3、定位Stewart平臺能夠補償懸臂低/高頻振動引起的位置誤差，提高了執行器的靜態和動態定位精度。

附圖說明

圖1是懸臂振動分析與誤差補償系統方法的組成結構示意圖。

圖2是懸臂低頻振動引起的誤差補償的組織方案。

圖3是懸臂高頻振動引起的誤差補償的組織方案。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。