[發(fā)明專利]基于激光位移傳感器的柔性臂振動(dòng)測量及控制裝置與方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710585145.6
• 申請(qǐng)日: 2017-07-18
• 公開（公告）號(hào): CN107389287B
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邱志成;林浩輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M7/02
• 分類號(hào): G01M7/02
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 李斌

1.一種基于激光位移傳感器的柔性臂振動(dòng)測量及控制裝置，其特征在于，包括直驅(qū)旋轉(zhuǎn)電機(jī)、連桿單元、滑塊平臺(tái)、滾動(dòng)導(dǎo)軌組合單元、導(dǎo)軌底板、伺服電機(jī)、柔性臂以及可調(diào)節(jié)工作臺(tái)；其中

所述直驅(qū)旋轉(zhuǎn)電機(jī)、連桿單元以及滑塊平臺(tái)依次固定連接，所述滑塊平臺(tái)通過直線雙導(dǎo)軌設(shè)置于導(dǎo)軌底板上；所述直驅(qū)旋轉(zhuǎn)電機(jī)通過驅(qū)動(dòng)連桿單元，從而帶動(dòng)所述滑塊平臺(tái)在導(dǎo)軌底板的直線雙導(dǎo)軌上做往復(fù)運(yùn)動(dòng)；

所述滾動(dòng)導(dǎo)軌組合單元固定于所述滑塊平臺(tái)上，所述柔性臂通過柔性臂支架固定于所述滾動(dòng)導(dǎo)軌組合單元上，所述伺服電機(jī)固定在滑塊平臺(tái)上，所述伺服電機(jī)通過聯(lián)軸器連接所述滾動(dòng)導(dǎo)軌組合單元；所述伺服電機(jī)通過驅(qū)動(dòng)聯(lián)軸器，從而驅(qū)動(dòng)滾動(dòng)導(dǎo)軌組合單元在滑塊平臺(tái)上運(yùn)動(dòng)，進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)所述柔性臂的運(yùn)動(dòng)；

所述可調(diào)節(jié)工作臺(tái)固定在所述滑塊平臺(tái)上，并與所述柔性臂相互平行；

還包括激光位移傳感器、壓電陶瓷傳感器、電荷放大器、激光位移傳感器控制器、A/D轉(zhuǎn)換器、工業(yè)計(jì)算機(jī)、編碼器、D/A轉(zhuǎn)換器、伺服放大器、壓電前置放大電路以及壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器；所述激光位移傳感器固定于所述可調(diào)節(jié)工作臺(tái)上，所述壓電陶瓷傳感器設(shè)置于柔性臂上；所述壓電陶瓷傳感器、電荷放大器、A/D轉(zhuǎn)換器以及工業(yè)計(jì)算機(jī)依次連接；所述激光位移傳感器控制器連接所述激光位移傳感器以及A/D轉(zhuǎn)換器；所述編碼器連接工業(yè)計(jì)算機(jī)、直驅(qū)旋轉(zhuǎn)電機(jī)以及伺服電機(jī)；所述D/A轉(zhuǎn)換器連接工業(yè)計(jì)算機(jī)；所述伺服放大器連接D/A轉(zhuǎn)換器以及伺服電機(jī)；所述壓電前置放大電路連接D/A轉(zhuǎn)換器以及壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器；其中

所述激光位移傳感器用于測量其與所述柔性臂間的位移變化量，并將測量所得的位移模擬信號(hào)傳輸至所述激光位移傳感器控制器；所述激光位移傳感器控制器用于處理激光位移傳感器的位移模擬信號(hào)，并傳輸至所述A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換；

所述壓電陶瓷傳感器用于測量柔性臂寬度方向中線位置的振動(dòng)，并將測量所得振動(dòng)信號(hào)傳輸至電荷放大電器處理；

所述壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器用于接收來自工業(yè)計(jì)算機(jī)發(fā)送的控制信號(hào)，并根據(jù)相應(yīng)指令控制柔性臂的震動(dòng)；

所述激光位移傳感器包括激光位移傳感器感測頭Ⅰ和激光位移傳感器感測頭Ⅱ，所述激光位移傳感器感測頭Ⅰ和激光位移傳感器感測頭Ⅱ均用于測量其與柔性臂間的位移變化量，并將測量的位移模擬信號(hào)傳輸至所述激光位移傳感器控制器；

所述直驅(qū)旋轉(zhuǎn)電機(jī)包括偏心法蘭盤，所述偏心法蘭盤連接所述連桿單元滾動(dòng)導(dǎo)軌組合單元包括滾珠絲桿和螺母滑塊，所述螺母滑塊設(shè)置有滾珠絲桿上；所述伺服電機(jī)通過聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)滾珠絲桿上的螺母滑塊，從而帶動(dòng)柔性臂的運(yùn)動(dòng)。

2.如權(quán)利要求1所述的基于激光位移傳感器的柔性臂振動(dòng)測量及控制裝置，其特征在于，所述激光位移傳感器感測頭Ⅰ和激光位移傳感器感測頭Ⅱ均通過滑塊單元固定于可調(diào)節(jié)工作臺(tái)上。

3.如權(quán)利要求1所述的基于激光位移傳感器的柔性臂振動(dòng)測量及控制裝置，其特征在于，所述壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器包括4片壓電陶瓷片構(gòu)成，其在柔性臂前后的兩個(gè)平面各安裝2片。

4.如權(quán)利要求1所述的基于激光位移傳感器的柔性臂振動(dòng)測量及控制裝置，其特征在于，所述可調(diào)節(jié)工作臺(tái)包括導(dǎo)軌上支撐板、兩個(gè)滑塊、兩個(gè)上下支撐板連接塊、下支撐板以及固定凸臺(tái)；其中，所述下支撐板通過凸臺(tái)固定在滑塊平臺(tái)的一端上，上支撐板通過兩個(gè)上下支撐板連接塊固定下支撐板，導(dǎo)軌設(shè)置于上支撐板頂面上，兩個(gè)滑塊設(shè)置于上支撐板頂面并可沿導(dǎo)軌做直線運(yùn)動(dòng)，而激光位移傳感器分別設(shè)置在兩個(gè)滑塊上。

5.如權(quán)利要求1所述的基于激光位移傳感器的柔性臂振動(dòng)測量及控制裝置，其特征在于，還包括固定臺(tái)，所述滑塊平臺(tái)固定安裝于固定臺(tái)上。

6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的基于激光位移傳感器的柔性臂振動(dòng)測量及控制裝置的控制方法，其特征在于，包括下述步驟：

S1、使用編碼器檢測直驅(qū)旋轉(zhuǎn)電機(jī)和伺服電機(jī)轉(zhuǎn)角的位置信號(hào)，壓電陶瓷傳感器檢測柔性臂的振動(dòng)信號(hào)，以及激光位移傳感器感檢測柔性臂的位移變化信號(hào)；

S2、首先將步驟S1中壓電陶瓷傳感器所得振動(dòng)信號(hào)經(jīng)電荷放大器處理后，以及激光位移傳感器所得的位移變化信號(hào)經(jīng)激光位移傳感器控制器處理后，一并傳輸?shù)紸/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行處理；再與經(jīng)編碼器處理的直驅(qū)旋轉(zhuǎn)電機(jī)和伺服電機(jī)轉(zhuǎn)角信號(hào)，輸入到工業(yè)計(jì)算機(jī)進(jìn)行后續(xù)的處理，得到相應(yīng)的振動(dòng)控制信號(hào)；

S3、將步驟S2所得的振動(dòng)控制信號(hào)經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器處理后，按相應(yīng)的控制方式分別輸入到伺服放大器處理，得到振動(dòng)控制信號(hào)Ⅰ；以及將步驟S2所得的振動(dòng)控制信號(hào)經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器處理后，按相應(yīng)的控制方式分別輸入到壓電前置放大電路處理后，得到振動(dòng)控制信號(hào)Ⅱ；

S4、將步驟S3中的振動(dòng)控制信號(hào)Ⅰ輸入伺服電機(jī)，以控制其轉(zhuǎn)角位置和轉(zhuǎn)動(dòng)速度；將步驟S3中的振動(dòng)控制信號(hào)Ⅱ輸入到壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器，以控制其壓電陶瓷片的位移和力，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)柔性臂的快速、穩(wěn)定、準(zhǔn)確的閉環(huán)控制。