[发明专利]基于激光双目视觉的双柔性悬臂梁振动测控装置与方法

说明书

本发明公开了一种基于激光双目视觉的双柔性悬臂梁振动测控装置与方法，包括两块串联配置的柔性悬臂梁，所述柔性悬臂梁上设置压电陶瓷驱动器，压电陶瓷传感器及加速度计，还包括线激光器、工业相机、伺服电机及行星减速器，线激光器产生激光光源，结合工业相机以完全非接触的方式，检测悬臂梁的弯曲振动；伺服电机经由行星减速器减速，用于控制悬臂梁的旋转，同时接收由振动控制算法得到的抑振信号，抑制悬臂梁的振动。本发明装置可以用于模拟空间柔性关节的振动测量和控制，并且使用激光作为光源可以不受太阳光的影响而保持工作稳定性，为柔性航天结构的测振抑振提供参考。

技术领域

本发明涉及振动控制领域，具体涉及一种基于激光双目视觉的双柔性悬臂梁振动测控装置与方法。

背景技术

柔性材料因其质量轻、刚度低、灵活度高等特点，在实际工程中有着广泛应用。旋转柔性悬臂梁在工业生产和航天工程领域较为常见，其应用主要体现在航天器柔性关节和柔性机械臂等机械结构上。相对于刚性机械臂，柔性臂更为轻质化，因而可以降低能耗，提高效率；然而由于柔性臂结构细长，刚度较小，所以稳定性没有刚性臂好。以空间柔性机器人和航天器挠性关节为例，在转动调姿或者变轨时产生自身激励以及受到太空中的外部扰动时，容易引起悬臂梁的振动，尤其是在平衡点附近的小幅值模态振动，如果不能进行快速抑制，将影响系统的稳定性和指向精度，从而降低系统的可靠性，甚至带来难以预估的损失。为了保证航天器的正常工作，有必要对其低频模态振动进行检测，分析振动特性并且加以控制。

当前对柔性悬臂梁结构的弯曲模态振动控制的研究，通常采用加速度传感器、压电陶瓷片等接触式测量传感器，通过优化配置进行。加速度传感器易安装，鲁棒性好，适用于振动检测；压电陶瓷材料响应快、频带宽、线性度好，利用其正逆压电效应可以同时作为传感器和驱动器使用。然而两者都属于接触式测量的范畴，会给悬臂梁增加附加质量，从而改变梁的结构特性，影响实验效果。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种基于激光双目视觉的双柔性悬臂梁振动测控装置与方法。

本发明采用如下技术方案：

一种基于激光双目视觉的双柔性悬臂梁振动测控装置，包括柔性悬臂梁本体部分、检测部分及驱动控制部分；

所述柔性悬臂梁本体部分包括台座、第一柔性悬臂梁、第二柔性悬臂梁、第一行星减速器、第一伺服电机、第二伺服电机及第二行星减速器；

所述第一柔性悬臂梁与第二柔性悬臂梁串联，第一柔性悬臂梁的一端通过夹板固定在第一行星减速器的输出轴称为固定端，另一端为自由端，第一伺服电机与第一行星减速器连接，所述第二伺服电机及第二行星减速器固定在第一柔性悬臂梁的自由端，所述第二行星减速器的输出轴与第二柔性悬臂梁的一端连接称为固定端，其另一端为自由端，所述第一伺服电机及第一行星减速器由立柱支撑安放在台座上；

所述检测部分包括接触式检测单元及非接触式检测单元；

所述接触式检测单元，包括压电陶瓷传感器及加速度计，所述压电陶瓷传感器设置在柔性悬臂梁宽度方向的中线处，加速度计安装在柔性悬臂梁的自由端中间位置；

所述压电陶瓷传感器及加速度计检测的柔性悬臂梁的振动信号经由电荷放大器放大后，通过Galil运动控制卡将模拟标准电信号转换成数字信号输入到计算机中；

所述非接触式检测单元，包括工业相机、线激光器、滑轨及相机架，工业相机具体为两台，第二柔性悬臂梁定位后的振动范围位于两个工业相机的视场内，通过云台设置在滑轨上，线激光器设置在两台工业相机的中间位置，且通过滑块置于滑轨上，所述滑轨置于相机架上，所述工业相机拍摄的图像传输到计算机中；