[发明专利]浮动柔性机械臂的分布式振动控制系统及其振动控制方法

权利要求书

1.一种浮动柔性机械臂的分布式振动控制系统，其特征在于，分布式振动控制系统包括浮动柔性机械臂（2）和分布在所述浮动柔性机械臂（2）上的主动控制装置（8），浮动柔性机械臂包括浮动基础（16）和设在所述浮动基础（16）上的柔性结构（3），浮动基础（16）包括弹性元件（17）和阻尼器（18），所述柔性结构（3）包括多个柔性机械臂（4）以及设在两个所述柔性机械臂（4）之间的关节（19），主动控制装置（8）包括用于测量浮动基础（16）的基础振动的基础加速度计（6）、用于测量设在所述柔性结构最末端柔性机械臂的末端振动的末端加速度计（5）、IEPE调理器（7）、设在每个关节（19）上的关节控制装置（1）和用于数据交互且发送参考信号到每个关节控制装置（1）的上位机（20），连接所述基础加速度计（6）和末端加速度计（5）的IEPE调理器（7）将基础加速度计（6）和末端加速度计（5）的信号转换成为电压信号，所述关节控制装置（1）包括，

压电片（9），用于检测柔性机械臂（4）变形量的压电片（9）夹持在所述柔性机械臂（4）上，

作动器（15），作动器（15）用于控制柔性机械臂（4）的变形，

角度编码器（10），用于测量柔性机械臂（4）角度和低频角振动，

力矩电机（14），用于控制柔性机械臂（4）的角度和低频角振动，

驱动器（13），连接力矩电机（14）和作动器（15）以驱动力矩电机（14）和作动器（15）产生力矩和作动力，

组合信号调理器（11），连接压电片（9）和角度编码器（10）的组合信号调理器（11）将压电片（9）和角度编码器（10）的信号转换成为电压信号，

关节控制器（12），连接组合信号调理器（11）的关节控制器（12）获得测量的电压信号，并与参考信号比较，生成且发送控制信号到驱动器（13）以驱动力矩电机（14）和作动器（15）实现控制。

2.根据权利要求1所述的一种浮动柔性机械臂的分布式振动控制系统，其特征在于：分布式振动控制系统包括进行数据交互的数据总线和提供电能的电源线，所述弹性元件（17）为弹簧。

3.根据权利要求1所述的一种浮动柔性机械臂的分布式振动控制系统，其特征在于：IEPE调理器（7）和组合信号调理器（11）均为多通道调理器，所述作动器（15）为MFC作动器，所述压电片（9）为压电晶体。

4.根据权利要求1所述的一种浮动柔性机械臂的分布式振动控制系统，其特征在于：所述柔性结构（3）若为平面柔性结构则包括至少2个柔性机械臂，若为空间柔性结构则包括至少3个柔性机械臂。

5.根据权利要求1所述的一种浮动柔性机械臂的分布式振动控制系统，其特征在于：所述上位机（20）是中央处理器、网络处理器、数字信号处理器、专用集成电路或现场可编程门阵列，所述上位机（20）包括随机存取存储器、可编程只读存储器、可擦除只读存储器或电可擦除只读存储器。

6.根据权利要求1所述的一种浮动柔性机械臂的分布式振动控制系统，其特征在于：基础加速度计（6）在两个方向等效的惯性力为和，末端加速度计（5）在两个方向等效的惯性力为和，由柔性机械臂（4）根部到末端所有关节编号依次为1,2, …, n，则每个关节（19）的作动器力为(i= 1,2, …, n)，每个关节处两个臂的夹角为(i = 1,2, …, n)，受力平衡方程为：

(1)

对于某一特定的姿态，所有角度可视为已知量，令：

(2)

则方程(1)可以写成：

(3)

最优作动力为 (4)，每个关节控制器（12）将根据所述最优作动力设定所述参考信号进行分布式独立控制。