[发明专利]一种基于力反馈的振动模拟及主动补偿抑振系统

说明书

技术领域

本发明涉及运动模拟和补偿技术领域，尤其是一种基于力反馈的振动模拟及主动补偿抑振系统。

背景技术

长悬臂结构系统刚度低，当受到外界(低频)扰动或自身搭载设备产生的一些低频振动时，容易诱发长悬臂系统的振动。当此类悬臂系统应用在对位姿(即位置和姿态)精度要求很高的场所(um量级)，单纯采用改变材料和结构设计的被动振动抑制方法无法满足悬臂系统对高精度位姿定位的要求时，就需要建立末端位姿补偿平台，采用主动控制方法对悬臂末端振动进行位姿补偿。

针对大负载、长悬臂、多扰动、复杂环境(真空)条件下的高精密位姿调整系统，为了减小外界扰动的影响，提高悬臂末端的定位精度，现行的方案主要有采用被动控制的振动抑制方法，即通过改变悬臂材料和悬臂系统的结构设计方法，提高系统的刚度，抑制振动扰动对悬臂系统定位精度的影响。

上述基于被动扰动控制的设计方法存在设计过程复杂，对材料特性要求高、加工周期长，生产成本高，检验测试难度大，并且每个产品设计都针对专用使用环境和使用用途，不具有通用性，难以满足复杂条件下的高稳定、高精度的要求，同时，对于不同环境的适应性也不是很好。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的缺陷，本发明提出一种基于力反馈的振动模拟及主动补偿抑振系统，该系统采用主动位姿补偿技术，通过检测采集外界可以表征扰动影响的特征信号，并对反馈信号进行综合处理，预测出受扰后悬臂系统末端的位姿的变化量，再控制运动平台对位姿的偏差进行相应的逆向补偿，即可保证目标的位姿满足需求。

本发明提出的一种基于力反馈的振动模拟和主动补偿抑振系统包括：安装基座、第一并联多自由度运动平台、机械转接盘、锁紧螺母、长悬臂、多维力觉检测系统、第二并联多自由度运动平台、转接钟罩和检测块，其中：

所述安装基座是整个振动模拟系统的基础，所述安装基座的安装面板1的正面铣有环形安装面，所述环形安装面上开设有多个螺纹孔，用于安装所述第一并联多自由度平台，其中，所述安装面板1环形安装面上的开孔位置与所述第一并联多自由度平台的静平台7的螺钉位置相对应；

所述第一和第二并联多自由度运动平台用于沿着运动轴进行不同自由度的平动和旋转；

所述机械转接盘为平面锥台结构，所述锥台中心开有细牙螺纹通孔，用于与所述长悬臂进行螺纹连接，所述锥台的根部进行圆角处理；所述机械转接盘底部的圆盘表面均布多个沉头孔，用于将机械转接盘固定到所述第一并联多自由度平台的动平台4上；

所述锁紧螺母用于将长悬臂锁定在机械转接盘上；

所述长悬臂为高刚度中空管状结构，其一端为细牙外螺纹，用于与机械转接盘和锁紧螺母连接配合，另一端焊接一个用于连接所述多维力觉检测系统的连接圆盘；

所述连接圆盘的外表面开设有多个铰制孔，所述铰制孔的表面开有同心沉孔，所述铰制孔的开孔位置与所述多维力觉检测系统的连接板的开孔位置相同，用来将所述连接圆盘与所述多维力觉检测系统进行连接；

所述多维力觉检测系统用于感知和检测振动模拟系统产生的振动的影响；所述多维力觉检测系统的一端与所述长悬臂的连接圆盘连接，另一端与所述第二并联多自由度平台的静平台连接；

所述转接钟罩的主体为一圆锥形中空结构，用于将所述第二并联多自由度运动平台和所述检测块连接到一起；

所述检测块为一底端为圆柱顶端为长方体的结构，用来与所述连接钟罩进行连接，并配合检测仪器对所述检测块进行末端定位检测；

所述系统工作时，通过控制所述第一并联多自由度平台的运动，可模拟产生多方向上的平动和多方向上的旋转，所述第一并联多自由度平台还可以控制沿各坐标轴运动的幅值和频率；通过组合所述第一并联多自由度平台沿不同坐标系统的平动、转动、幅值和频率，可以模拟出复杂的振动类型；所述多维力觉检测系统将多个自由度上模拟产生的振动扰动的特征反应出来；再通过多维力觉检测系统检测到的力/力矩特性与模拟产生的振动之间的关系获得振动扰动在各自由度上分量的特性；控制所述第二并联多自由度平台对检测到的振动扰动做逆向补偿，即可抑制和消减振动的影响，将末端检测块的定位精度控制在许可的范围内。

本发明在提高系统性能的前提下，极大的简化了设计过程，降低了材料特性的要求、提高了系统的定位精度，另外还缩短了工作周期，降低了各种成本及设计不满足要求后多次重复设计制造安装调试等不必要的开销。

附图说明

图1是本发明基于力反馈的振动模拟及主动补偿抑振系统的总体结构图。

图2是根据本发明一实施例的安装基座的结构示意图。