[发明专利]气动人工肌肉驱动的多柔性铰接梁振动检测控制装置及方法

权利要求书

1.一种气动人工肌肉驱动的多柔性铰接梁振动检测控制装置，其特征在于，包括，柔性铰接梁本体部分、气动人工肌肉部分、振动信号检测部分及驱动控制部分；

所述柔性铰接梁本体部分包括六根尺寸及材料完全相同的柔性梁，六根柔性梁分别为第一柔性梁、第二柔性梁、第三柔性梁、第四柔性梁、第五柔性梁及第六柔性梁，所述第一柔性梁通过铰链与第二柔性梁固定构成第一柔性铰接梁，沿竖直向上方向安装，所述第三柔性梁通过铰链与第四柔性梁固定构成第二柔性铰接梁，沿水平向右方向安装，所述第五柔性梁通过铰链与第六柔性梁固定构成第三柔性铰接梁，沿竖直向下方向安装；三根柔性铰接梁的一端均与支架固定在一起，该端为固定端，另一端为自由端；

所述气动人工肌肉部分包括，两根尺寸相同的气动人工肌肉、转盘、轴承座及固定支架，所述转盘安装在轴承座上，可自由转动，两根气动人工肌肉一端通过关节轴承与转盘连接，其另一端通过固定支架平行对称设置在实验台上，构成对抗性关节，所述支架与转盘连接，气动人工肌肉通过控制收缩量的大小驱动转盘转动，进一步实现柔性铰接梁本体的往复运动；

所述振动信号检测部分包括，压电片传感器、加速度传感器、电荷放大器、端子板、运动控制卡及计算机，所述压电片传感器及加速度传感器设置在柔性铰接梁上，压电片传感器及加速度传感器检测柔性铰接梁弯曲振动信号输入电荷放大器放大后输入端子板，端子板与运动控制卡相互连接，运动控制卡与计算机相互连接；

所述驱动控制部分包括气动人工肌肉驱动控制单元及压电驱动控制单元；

所述气动人工肌肉驱动控制单元包括气动控制单元，所述气动控制单元包括气动三联件、气泵及比例控制阀，气源通过气泵和气动三联件得到洁净稳压气体，通过比例控制阀后气体以一定的流量及压力作用于气动人工肌肉，使气动人工肌肉产生一定的收缩量，从而驱动转盘转动以抑制柔性铰接梁的振动；所述比例控制阀通过端子板及运动控制卡与计算机连接。

2.根据权利要求1所述的多柔性铰接梁振动检测控制装置，其特征在于，所述压电驱动控制单元包括压电片驱动器及压电放大电路，所述压电片驱动器设置在柔性铰接梁上，计算机根据加速度传感器及压电片传感器的振动信号，生成相应的控制信号，通过运动控制卡及端子板，输入压电放大电路，驱动压电片驱动器，从而抑制柔性铰接梁的振动。

3.根据权利要求1所述的多柔性铰接梁振动检测控制装置，其特征在于，所述压电片传感器包括三片压电陶瓷片，分别粘贴在第一、第二及第三柔性铰接梁固定端宽度方向的中线上，姿态角为0°且单面粘贴。

4.根据权利要求1所述的多柔性铰接梁振动检测控制装置，其特征在于，所述加速度传感器包括三个，分别位于第一、第二以及第三柔性铰接梁的自由端宽度方向的中线上，用于检测柔性铰接梁的末端振动信号。

5.根据权利要求2所述的多柔性铰接梁振动检测控制装置，其特征在于，所述压电片驱动器包括12片压电陶瓷片，分别粘贴在第一、第二及第三柔性铰接梁固定端宽度方向的中线两侧，姿态角为0°且双面对称粘贴，每面各两片，并联连接，用于抑制柔性铰接梁的残余振动。

6.一种如权利要求1-5任一项所述的多柔性铰接梁振动检测控制装置的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步 利用压电片传感器和加速度传感器分别检测多旋转柔性铰接梁的弯曲振动，得到相应的测量信号；

第二步 将由压电片传感器和加速度传感器检测的振动信号经由电荷放大器放大，再由端子板传输至运动控制卡，通过运动控制卡内部的A/D转换模块将模拟信号转换成数字信号输入到计算机中；

第三步 根据得到的振动信号，计算机运行主动控制算法，得到相应的振动控制信号经由运动控制卡的D/A转换模块输出，经过端子板传递信号和压电放大电路放大信号，输出到压电片驱动器中以控制柔性铰接梁的振动；同时，计算机根据振动信号生成控制比例控制阀的脉冲信号，经过运动控制卡的D/A转换模块和端子板输出给比例控制阀以调节输入气动人工肌肉的气压及流量，从而控制气动人工肌肉的收缩量以驱动转盘转动，进而控制柔性铰接梁本体部分的转动轨迹且抑制振动；

第四步 通过改变控制参数，反复试验，获取多次实验结果，得到多旋转柔性铰接梁的振动特性及控制效果。