机械臂振动抑制及精确差量补偿装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种机械臂振动抑制及精确差量补偿装置，包括激光发射器、激光拾位器、信号转换控制系统和用于产生与机械臂振动振幅相反的补偿位移的微位移控制装置；本装置附加于既有成套机械臂装置上，可在既有装置上随时实现拆装，能够对机械臂的振动起到良好的抑制效果，使机械臂的定位精度可以进一步提高，使之适用高速、重负载等恶劣工作环境，拓展机械臂的智能应用范围和稳定性，同时对设备的自动化程度产生智能改变，对设备保护及产品质量均可实现智能化监控及保护。
【专利说明】机械臂振动抑制及精确差量补偿装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及机械工程领域，特别涉及一种机械臂振动抑制及精确差量补偿装置。
【背景技术】
[0002]机械臂作为现代工业支柱性设备，其未来的趋势势必是高速，高精度且重载。操作灵活，性能稳定，高精度的机械臂无论在航空航天领域还是工业制造领域都有着很高的应用价值。然而机械臂的振动将极大地影响机械臂末端执行器的定位精度，甚至影响系统的稳定性。
[0003]因此需要一种机械臂振动抑制及精确差量补偿，能够及时抑制机械臂末端执行器的振动，从而提高定位精度，进而适应较为高速的且重载荷的工作环境中。
实用新型内容
[0004]有鉴于此，本实用新型提供一种机械臂振动抑制及精确差量补偿装置，能够对机械臂的振动起到良好的抑制效果，使机械臂的定位精度可以进一步提高，使之适用高速、重负载等恶劣工作环境，拓展机械臂的智能应用范围和稳定性，同时对设备的自动化程度产生智能改变，对设备保护及产品质量均可实现智能化监控及保护。
[0005]本实用新型的机械臂振动抑制及精确差量补偿装置，包括激光发射器、激光拾位器、信号转换控制系统和用于产生与机械臂振动振幅相反的补偿位移的微位移控制装置；
[0006]所述激光发射器设置于机械臂末端执行器，所述激光拾位器安装位与所述激光发射器相匹配并用于拾取激光发射器由机械臂振动所产生的波形；
[0007]所述信号转换控制系统包括反相器和A/D转换器，所述反相器信号输入端与所述激光拾位器信号输出端连接，所述反相器信号输出端与所述A/D转换器信号输入端连接；
[0008]所述微位移控制装置与所述A/D转换器信号输出端连接。
[0009]进一步，所述微位移控制装置包括压电陶瓷片、压电陶瓷接收器、压电陶瓷控制器和压电陶瓷驱动器，所述压电陶瓷接收器信号输入端与所述A/D转换器信号输出端连接，所述压电陶瓷接收器信号输出端与所述压电陶瓷控制器连接，所述压电陶瓷驱动器与所述压电陶瓷控制器连接并驱动所述压电陶瓷片产生与机械臂振动振幅相反的补偿位移。
[0010]进一步，所述压电陶瓷控制器包括单片机和D/A转换器，所述单片机信号输入端与所述压电陶瓷接收器信号输出端连接，所述单片机信号输出端与所述D/A转换器输入端连接，所述D/A转换器信号输出端与所述压电陶瓷驱动器连接。
[0011]进一步，所述激光发射器以可形成任意角度的方式与机械臂的末端执行器柔性连接。
[0012]进一步，所述压电陶瓷片安装设置在机械臂X轴和Y轴上。
[0013]本实用新型的有益效果:本实用新型的，激光发射器会伴随机械臂的振动产生波形，激光拾位器会对激光发射器振动产生的波形变化进行检测并产生波形信号，反相器将激光拾位器产生的波形信号调制为相反的波形信号，并通过D/A转换器将调制后的波形信号转换为电子信号输入微位移控制装置，使微位移控制装置产生与机械臂振动振幅相反的补偿位移，从而达到对机械臂振动进行抑制及差量补偿的目的；本装置附加于既有成套机械臂装置上，可在既有装置上随时实现拆装，能够对机械臂的振动起到良好的抑制效果，使机械臂的定位精度可以进一步提高，使之适用高速、重负载等恶劣工作环境，拓展机械臂的智能应用范围和稳定性，同时对设备的自动化程度产生智能改变，对设备保护及产品质量均可实现智能化监控及保护。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。
[0015]图1为本实用新型结构示意图。
【具体实施方式】
[0016]图1为本实用新型结构示意图，如图所示:本实施例的机械臂振动抑制及精确差量补偿装置，包括激光发射器1、激光拾位器2、信号转换控制系统3和用于产生与机械臂振动振幅相反的补偿位移的微位移控制装置4 ;装置能够通过对机械臂进行实时且有效的误差动态补偿，进而保证机械臂任务执行过程中的动态稳定性及精度；
[0017]所述激光发射器I设置于机械臂末端执行器，所述激光拾位器2安装位与所述激光发射器I相匹配并用于拾取激光发射器I由机械臂振动所产生的波形；其中，激光拾位器2为现有的可检测激光发射器光波形的光拾取装置或位移传感器，其能够拾取激光发射器由振动所产生的波形，利用激光束固有的稳定性及单一指向性达到对机械臂振动误差的最大化捕捉，另外，激光拾位器为机动性安装配件，可根据激光发射器与机械臂末端执行器的安装角度机动的调整安装位置；
[0018]所述信号转换控制系统包括反相器5和A/D转换器6,所述反相器5信号输入端与所述激光拾位器2信号输出端连接，所述反相器5信号输出端与所述A/D转换器6信号输入端连接；反相器和A/D转换器均为现有技术，在此不再赘述，其中，反相器接收由激光拾位器获得的波形信号，并将波形调制为相反的波形信号，后通过A/D转换器将连续的波形离散化为数字信号，信号转换控制系统将波形信号最终转化为电子信号，为之后的微位移控制装置提供信号源，通过反相器和A/D转换器等硬件装置可直接处理得到电子信号，可直接对微位移控制装置进行动力实时控制，极大地缩短了整个系统的处理效率；
[0019]所述微位移控制装置4与所述A/D转换器6信号输出端连接；作为机械臂系统附加型装置，通过微位移控制装置产生的相反振动补偿相比对机械臂系统动力装置进行调控更具有实时操作性和便捷性，在不影响机械臂固有装置的前提下极大提高执行末端的稳定性及精度。
[0020]本实施例中，所述微位移控制装置包括压电陶瓷片7、压电陶瓷接收器8、压电陶瓷控制器9和压电陶瓷驱动器10，所述压电陶瓷接收器8信号输入端与所述A/D转换器6信号输出端连接，所述压电陶瓷接收器8信号输出端与所述压电陶瓷控制器9连接，所述压电陶瓷驱动器10与所述压电陶瓷控制器9连接并驱动所述压电陶瓷片7产生与机械臂振动振幅相反的补偿位移；当然，还包括用于提供电压的驱动电源，压电陶瓷接收器和压电陶瓷驱动器均为硬件结构，压电陶瓷驱动器内包含压电陶瓷驱动电路，均为现有技术，在此不再赘述；压电陶瓷接收器在收到电子信号后可直接控制其动力输出端电流，进而达到对机械臂振动误差的实时补偿控制，通过产生的实时补偿性位移可使得机械臂原本产生的振动误差得到反量抵消，从而极大提高末端执行器的精准度。
[0021]本实施例中，所述压电陶瓷控制器9包括单片机11和D/A转换器12，所述单片机11信号输入端与所述压电陶瓷接收器8信号输出端连接，所述单片机11信号输出端与所述D/A转换器12输入端连接，所述D/A转换器12信号输出端与所述压电陶瓷驱动器10连接；其中，单片机用于采集信号并进行处理，可选用DSP6000系列CPU作为主控芯片，为现有技术中的硬件装置，通过数据采集电路即可实现对数据的采集与处理，不涉及软件程序方面的改进，在此不再赘述；另外，压电陶瓷控制器采用闭环控制，在压电陶瓷产生形变时，在压电陶瓷上的应变片上采集到反馈电压，通过隔离、放大等一系列措施输入另一 A/D转换器，经过模数转换后，反馈给单片机。
[0022]本实施例中，所述激光发射器以可形成任意角度的方式与机械臂的末端执行器柔性连接；激光发射器的柔性连接，能够使得末端执器的位置在任何角度都能使得激光束得到有效捕捉，进而由所得波形图像，作为实时补偿的首要依据；激光发射器可通过设置铰接臂和铰接轴与机械臂末端执行器铰接，也可通过球面副与机械臂末端执行器铰接，实现角度的变化。
[0023]本实施例中，所述压电陶瓷片安装设置在机械臂X轴和Y轴上；保证动态平衡稳定。
[0024]本装置在使用时，当微位移控制装置检测到振幅小于所给定临界值时，装置停止工作；保证系统的精确性，同时在振幅临界值，以至于不足以影响系统精度时停止，此设计可有效避免本装置引起机械臂系统的二次振动产生二次误差，进而提高本装置的稳定性。
[0025]最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
【权利要求】
1.一种机械臂振动抑制及精确差量补偿装置，其特征在于:包括激光发射器、激光拾位器、信号转换控制系统和用于产生与机械臂振动振幅相反的补偿位移的微位移控制装置； 所述激光发射器设置于机械臂末端执行器，所述激光拾位器安装位与所述激光发射器相匹配并用于拾取激光发射器由机械臂振动所产生的波形； 所述信号转换控制系统包括反相器和A/D转换器，所述反相器信号输入端与所述激光拾位器信号输出端连接，所述反相器信号输出端与所述A/D转换器信号输入端连接； 所述微位移控制装置与所述A/D转换器信号输出端连接。
2.根据权利要求1所述的机械臂振动抑制及精确差量补偿装置，其特征在于:所述微位移控制装置包括压电陶瓷片、压电陶瓷接收器、压电陶瓷控制器和压电陶瓷驱动器，所述压电陶瓷接收器信号输入端与所述A/D转换器信号输出端连接，所述压电陶瓷接收器信号输出端与所述压电陶瓷控制器连接，所述压电陶瓷驱动器与所述压电陶瓷控制器连接并驱动所述压电陶瓷片产生与机械臂振动振幅相反的补偿位移。
3.根据权利要求2所述的机械臂振动抑制及精确差量补偿装置，其特征在于:所述压电陶瓷控制器包括单片机和D/A转换器，所述单片机信号输入端与所述压电陶瓷接收器信号输出端连接，所述单片机信号输出端与所述D/A转换器输入端连接，所述D/A转换器信号输出端与所述压电陶瓷驱动器连接。
4.根据权利要求3所述的机械臂振动抑制及精确差量补偿装置，其特征在于:所述激光发射器以可形成任意角度的方式与机械臂的末端执行器柔性连接。
5.根据权利要求4所述的机械臂振动抑制及精确差量补偿装置，其特征在于:所述压电陶瓷片安装设置在机械臂X轴和Y轴上。
【文档编号】G05D3/12GK203759551SQ201420170929
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年4月9日 优先权日:2014年4月9日
【发明者】罗天洪, 张剑, 罗文军, 陈才, 马翔宇, 刘淼 申请人:重庆交通大学