基于激光位移传感器的并联平台振动检测控制装置与方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及柔性并联平台定位振动检测及控制研宄领域，特别是涉及一种基于激 光位移传感器的并联平台振动检测控制装置与方法。
【背景技术】
[0002] 并联机器人是包含并联机构的机器人，并联机构是若干个自由度末端执行器与固 定基座通过两条或两条以上的独立运动支链相连。并联机器人包含两个平台，即动平台与 静平台（也称定平台），静平台固定在基座上或连接到另一台机器人的末端执行器上，动平 台相对静平台运动。两平台之间由两条或两条以上的支链相连。它具有两个或两个以上自 由度，且驱动器一般分布在与静平台相连的一端上（以并联方式驱动）。并联机器人具有大 刚度、高精度、高承载能力等优点，主要应用在强刚度、精度高、运动速度快、动态特性好、操 作灵巧、对工作空间要求不大的场合，如航空航天、制造装备、精密测量与精密定位领域。为 了提高工业生产力、节约能源，现代机械不断地向轻量化、低能耗和高效率等方向发展，轻 型、高速、高加速度、高精度的柔性并联机器人开始得到许多研宄者和工程师的关注。当系 统运动时，由于惯性力等因素的影响导致低刚度的柔性构件发生弹性变形，弹性变形严重 影响着机械的性能，并且在机构运动定位之后还有残余振动，振动会影响系统的运动定位 精确度以及延长定位时间，因此针对不同的应用应该设计不同的控制策略来检测及控制振 动。
[0003] 为了控制并联机器人动平台的残余振动，首先需要检测出振动量，而现有技术中 一般采用接触式传感器对其进行测量，比如使用安装式加速度传感器检测，或者使用粘贴 式压电陶瓷片检测等，这些方法都会对柔性被动杆或动平台产生附加质量，会改变系统结 构特性，同时加速度传感器的测量噪声相对较大，这需要对振动信号进行滤波处理，而压电 陶瓷材料为脆性材料，材料的强度和疲劳寿命受环境温度等影响，所以应用上受到一定的 限制。
[0004] 因此，研宄一种不增加结构附加质量、不改变结构特征、且测量精度高的并联平台 振动检测控制装置与方法具有重要研宄意义。
【发明内容】
[0005] 本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于激光位移传感 器的并联平台振动检测控制装置，该装置采用激光位移传感器测量动平台的振动，是非接 触式测量，不增加结构附加质量，不改变结构特征，具有测量精度高、采样频率高、动态响应 快的优点。
[0006] 本发明的另一目的在于提供一种基于上述并联平台振动检测控制装置的控制方 法，该方法利用激光位移传感器采集振动信息，测量精度高，并能够通过压电陶瓷片驱动器 对动平台的残余振动进行主动控制，使并联机器人运动更准确。
[0007] 本发明的目的通过以下的技术方案实现：基于激光位移传感器的并联平台振动检 测控制装置，包括并联平台本体单元、振动检测单元以及振动控制单元，其中：
[0008] 所述并联平台本体单元包括一动平台、一静平台和三个并联分支，所述动平台为 等边三角形，每个边角处均设有转轴；每个并联分支包括依次相连的电机、主动杆和从动柔 性杆，其中电机安装在静平台的边沿处，从动柔性杆通过转轴与动平台连接；电机驱动主动 杆和从动柔性杆使动平台以定姿态移动定位到目标位置；
[0009] 所述振动检测单元包括若干个用以检测动平台在水平方向上的平动位移和转动 角度的激光探测装置和激光位移传感控制器，每个激光探测装置包括激光探测头和定位装 置，激光探测头设置在定位装置上，安装在静平台的周围，激光探测头发射的光点均落在动 平台的侧边上，其中两个激光探测头的光点落在动平台的同一边；每个激光探测头分别与 激光位移传感控制器连接；
[0010] 所述振动控制单元包括数据处理单元、压电驱动放大电源和压电陶瓷片驱动器， 所述数据处理单元分别与激光位移传感控制器和压电驱动放大电源相连，压电驱动放大电 源与压电陶瓷片驱动器相连；所述压电陶瓷片驱动器设置在每根从动柔性杆上。
[0011] 优选的，所述每根从动柔性杆上的压电陶瓷片驱动器均包括第一压电陶瓷片驱动 器和第二压电陶瓷片驱动器，第一压电陶瓷片驱动器和第二压电陶瓷片驱动器分别设置在 从动柔性杆的两端，且在端部以姿态角为0°对称粘贴。
[0012] 优选的，所述振动检测单元包括三个激光探测头，其中第二激光探测头和第三 激光探测头对应于动平台的同一边且平行于静平台放置，距离动平台边沿标准距离为 200-500mm，第一激光探测头对应于动平台另一边且平行于静平台放置，距离动平台边沿标 准距离为200-500mm。
[0013] 更进一步的，所述定位装置包括水平支架、竖直支架、磁性底座和千分尺，竖直支 架设置在磁性底座上，水平支架设置在竖直支架上，激光探测头固定在水平支架的一端，其 位置在水平支架上可调，调整的位移值由千分尺检测。针对不同型号的激光探测头，其与动 平台有不同的标准距离，并且此距离可通过磁性底座的移动以及千分尺的调整来实现，激 光探测头发射的光点在动平台边沿的位置也可以通过磁性底座和水平支架的移动来进行 调整。
[0014] 一种基于上述并联平台振动检测控制装置的控制方法，包括步骤：
[0015] (1)电机驱动主动杆和从动柔性杆使动平台以定姿态移动定位到目标位置；
[0016] (2)激光探测头检测动平台在水平方向上的平动位移和转动角度，然后将检测信 号发送到激光位移传感控制器，通过A/D数据采集卡输入到数据处理单元；
[0017] (3)数据处理单元根据上述检测信号计算出控制信号，然后通过D/A转换卡和压 电驱动放大电源后，将控制信号输送至压电陶瓷片驱动器，对从动柔性杆产生控制力作用， 抵消动平台振动，实现对动平台的实时振动主动控制。
[0018] 具体的，所述步骤（2)中，动平台在水平方向上的平动位移和转动角度的计算方 法是：
[0019] 设有三个激光探测头，其中第二激光探测头和第三激光探测头对应于动平台的同 一边且平行于静平台放置，第一激光探测头对应于动平台另一边且平行于静平台放置，通 过第一激光探测头、第二激光探测头和第三激光探测头建立一直角坐标系， yi、