高速重载冲压机械臂控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种高速重载冲压机械臂控制系统，属于控制技术领域。它解决了现有技术中的机械臂磨损大等问题。本高速重载冲压机械臂控制系统，包括电源电路和机械臂，本控制系统包括机械臂非线性模块、动力模块、整形器和损耗分析模块，机械臂非线性模块均与动力模块和损耗分析模块相连接，机械臂连接有信号采集模块，通过信号采集模块能够提取小波变换数据反馈给损耗分析模块；控制系统还包括控制器和通信电路，电源电路与控制器相连接，通信电路与机械臂非线性模块相互连接，且机械臂又能将工作数据反馈给控制器。本发明具有能够降低磨损，提高使用寿命的优点。
【专利说明】
高速重载冲压机械臂控制系统
技术领域
[0001]本发明属于控制技术领域，涉及一种冲压机械臂，特别是一种高速重载冲压机械臂控制系统。
【背景技术】
[0002]机械手臂是自动化设备不可缺少的重要组成部分，机械手臂的高效安全工作对生产和生活都有着非常重要的意义。目前，随着机械设备高速化和重载化的发展趋势，对机械手臂的工作平稳性能和安全性能提出了越来越高的要求。在抓取重物的瞬间，由于加速度及重物本身的作用，机械手臂相当于受到一个初始激励，这将引起系统的自由振动，稳定性差。
[0003]由于存在上述的问题，经检索，如中国专利文献公开了一种红冲机械手冲压高度补偿装置【专利号:ZL201520695416.X;授权公告号:CN 103252770A】。这种红冲机械手冲压高度补偿装置，现有的冲压加工中，都要求夹持装置始终稳固夹持工件，防止冲压过程对工件的位置和姿态造成影响，这样不可避免的会造成冲压过程前后，机械臂的末端会随着工件的形变而向下位移，当机械臂与其安装面之间是刚性连接时，这样程度的位移会对机械臂整体或机械臂部分部件造成形变，最终会对机械臂的稳定性和机械寿命造成极大的影响，还包括冲压高度补偿机械装置和电气控制系统;所述高度补偿机械装置，包括框架、滑动块、电磁铁、固定柱、固定螺丝、弹簧、指型气缸。
[0004]但是，这种红冲机械手冲压高度补偿装置还是存在很多不足，由于重力的作用，机械臂的伸缩系统与支撑底座之间的正压力变大，使接触表面产生较大的摩擦力，导致整个系统演化为复杂的摩擦学系统，并诱发自激振动，加剧了机械臂的磨耗，严重损害机械手臂的使用寿命。
[0005]因此，研究机械臂工作行程中的振动行为产生机理并对其进行有效的控制是一个关键技术，尤其是在高速重载机械臂中存在的共性技术瓶颈问题。所以，对于本领域内的技术人员，还有待研发出一种能够提高机械臂使用寿命的控制系统。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种高速重载冲压机械臂控制系统，本高速重载冲压机械臂控制系统具有能够降低磨损，提高使用寿命的特点。
[0007]本发明的目的可通过下列技术方案来实现:
[0008]高速重载冲压机械臂控制系统，包括电源电路和机械臂，其特征在于，本控制系统包括机械臂非线性模块、动力模块、整形器和损耗分析模块，所述的机械臂非线性模块均与动力模块和损耗分析模块相连接，动力模块能够将对系统的稳定性进行分析，再将稳定可靠的时间输入到整形器，通过整形器来调节机械臂，且机械臂连接有信号采集模块，通过信号采集模块能够提取小波变换数据反馈给损耗分析模块;控制系统还包括控制器和通信电路，电源电路与控制器相连接，通信电路与机械臂非线性模块相互连接，且机械臂又能将工作数据反馈给控制器电路。
[0009]首先，利用机械臂非线性模块对工作行程中的机械臂进行非线性建模，得到含摩擦环节的动力学模型，基于非线性动力学的理论体系，运用规范型理论、中心流形理论、摄动法、平均法、快慢变量分离法等技术方法对系统进行处理，分析系统的稳定性，得到系统发生Hopf分岔时各参数的临界值，找到分岔点，求得自激振动的频率及相空间极限环幅值的大小，再利用分贫图、Po incare截面、最大Lyapunov指数等方法探索Hopf分贫后系统是否会进入倍周期分岔进而产生混沌运动现象，并结合数值模拟和实验数据对以上结论进行验证。
[0010]然后，整形器利用最优输入整形振动抑制算法，以敏感性最小和整形器延时最短为优化目标、以振动幅值和振动模型为约束的条件对整形器优化，分析整形器可能对整个机器人系统稳定性造成的影响，从而解决高速重载机械臂存在的振动磨损问题。
[0011]最后，通过信号采集模块采集机械臂在不同时期的摩擦振动信号，运用小波变换和分数阶小波变换实现摩擦学特征信息的提取，结合磨损动力学的有关知识，预测机械臂的磨耗情况。
[0012]在上述高速重载冲压机械臂控制系统中，所述的控制器包括STM32ZET6芯片、晶振、电源输入、管脚输出、触发控制器和复位电路。复位电路中设有的位置传感器能够检测到机械臂指定位置信息时，将触发控制器外部中断，然后，由中断程序进行复位。
[0013]在上述高速重载冲压机械臂控制系统中，所述的通信电路具有提供单片机与以太网、触摸屏交互的接口，包括ENC28J60网络通信模块、ALIENTEK TFTLCD模块。
[0014]在上述高速重载冲压机械臂控制系统中，所述的电源电路包括电源箱，电源箱提供的电压为220V±10%，频率为50Hz。
[0015]在上述高速重载冲压机械臂控制系统中，所述的电源电路还包括变压器电路、桥式整流电路和集成稳压电路。能够将市电(220V)转化为稳定的3.3V电压为控制器供电。
[0016]与现有技术相比，本高速重载冲压机械臂控制系统具有以下优点:利用机械臂非线性模块对工作行程中的机械臂进行非线性建模，整形器利用最优输入整形振动抑制算法，以敏感性最小和整形器延时最短为优化目标、以振动幅值和振动模型为约束的条件对整形器优化，分析整形器可能对整个机器人系统稳定性造成的影响，从而解决高速重载机械臂存在的振动磨损问题;信号采集模块采集机械臂在不同时期的摩擦振动信号，运用小波变换和分数阶小波变换实现摩擦学特征信息的提取，结合磨损动力学的有关知识，预测机械臂的磨耗情况。
【附图说明】
[0017]图1是本发明的系统结构框图。
【具体实施方式】
[0018]以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
[0019]如图1所示，高速重载冲压机械臂控制系统，包括电源电路和机械臂。本控制系统包括机械臂非线性模块、动力模块、整形器和损耗分析模块，机械臂非线性模块均与动力模块和损耗分析模块相连接，动力模块能够将对系统的稳定性进行分析，再将稳定可靠的时间输入到整形器，通过整形器来调节机械臂，且机械臂连接有信号采集模块，通过信号采集模块能够提取小波变换数据反馈给损耗分析模块;控制系统还包括控制器电路和通信电路，电源电路与控制器电路相连接，通信电路与机械臂非线性模块相互连接，且机械臂又能将工作数据反馈给控制器电路。
[0020]控制器电路包括STM32ZET6芯片、晶振、电源输入、管脚输出、触发控制器和复位电路。复位电路中设有的位置传感器能够检测到机械臂指定位置信息时，将触发控制器外部中断，然后，由中断程序进行复位。
[0021]通信电路具有提供单片机与以太网、触摸屏交互的接口，包括ENC28J60网络通信模块、ALIENTEK TFTLCD模块。
[0022]电源电路包括电源箱，电源箱提供的电压为220V±10%，频率为50Hz;电源电路还包括变压器电路、桥式整流电路和集成稳压电路。能够将市电(220V)转化为稳定的3.3V电压为控制器供电。
[0023]首先，利用机械臂非线性模块对工作行程中的机械臂进行非线性建模，得到含摩擦环节的动力学模型，基于非线性动力学的理论体系，运用规范型理论、中心流形理论、摄动法、平均法、快慢变量分离法等技术方法对系统进行处理，分析系统的稳定性，得到系统发生Hopf分岔时各参数的临界值，找到分岔点，求得自激振动的频率及相空间极限环幅值的大小，再利用分贫图、Po incare截面、最大Lyapunov指数等方法探索Hopf分贫后系统是否会进入倍周期分岔进而产生混沌运动现象，并结合数值模拟和实验数据对以上结论进行验证。
[0024]然后，整形器利用最优输入整形振动抑制算法，以敏感性最小和整形器延时最短为优化目标、以振动幅值和振动模型为约束的条件对整形器优化，分析整形器可能对整个机器人系统稳定性造成的影响，从而解决高速重载机械臂存在的振动磨损问题。
[0025]最后，通过信号采集模块采集机械臂在不同时期的摩擦振动信号，运用小波变换和分数阶小波变换实现摩擦学特征信息的提取，结合磨损动力学的有关知识，预测机械臂的磨耗情况。
[0026]本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
[0027]尽管本文较多地使用了一些术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质;把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
【主权项】
1.高速重载冲压机械臂控制系统，包括电源电路和机械臂，其特征在于，本控制系统包括机械臂非线性模块、动力模块、整形器和损耗分析模块，所述的机械臂非线性模块均与动力模块和损耗分析模块相连接，动力模块能够将对系统的稳定性进行分析，再将稳定可靠的时间输入到整形器，通过整形器来调节机械臂，且机械臂连接有信号采集模块，通过信号采集模块能够提取小波变换数据反馈给损耗分析模块;控制系统还包括控制器和通信电路，电源电路与控制器相连接，通信电路与机械臂非线性模块相互连接，且机械臂又能将工作数据反馈给控制器。2.根据权利要求1所述的高速重载冲压机械臂控制系统，其特征在于，所述的控制器包括STM32ZET6芯片、晶振、电源输入、管脚输出、触发控制器和复位电路。3.根据权利要求1所述的高速重载冲压机械臂控制系统，其特征在于，所述的通信电路具有提供单片机与以太网、触摸屏交互的接口，包括ENC28J60网络通信模块、ALIENTEKTFTLCD 模块。4.根据权利要求1所述的高速重载冲压机械臂控制系统，其特征在于，所述的电源电路包括电源箱，电源箱提供的电压为220V± 10%，频率为50Hz。5.根据权利要求4所述的高速重载冲压机械臂控制系统，其特征在于，所述的电源电路还包括变压器电路、桥式整流电路和集成稳压电路。
【文档编号】B21D43/10GK105964820SQ201610349959
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月24日
【发明人】黄晓刚, 吕梅蕾, 张栋梁, 沈刚, 王海伦, 黄品剑
【申请人】衢州学院