一種機(jī)械臂振動抑制裝置及其抑制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及的機(jī)械臂振動抑制裝置及其振動抑制方法，通過安裝在機(jī)械臂中部的電動機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，可以帶動絲杠向兩個方向運動。絲杠的運動推動并拉緊機(jī)械臂一側(cè)的鋼索，以抵消末端載荷加速運動在相反方向上產(chǎn)生的力矩。根據(jù)末端載荷質(zhì)量和加速度，可以確定載荷慣性力在垂直于鋼索安裝面的方向上的投影，由此利用本發(fā)明所給出的絲杠需要的伸出長度公式，可以確定絲杠的運動方向及其需要伸出的長度。
【專利說明】一種機(jī)械臂振動抑制裝置及其抑制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種機(jī)械臂振動抑制裝置及其抑制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著載人航天技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)械臂在空間的應(yīng)用日趨廣泛。在飛船上，利用機(jī)械臂可以捕獲衛(wèi)星，對衛(wèi)星執(zhí)行檢修維護(hù)、更換零部件、調(diào)整太陽能電池板位姿等任務(wù)。在空間站，機(jī)械臂可以搬運飛船運送的給養(yǎng)、器材，完成空間站的擴(kuò)建、維護(hù)修理等工作。與地面的工業(yè)機(jī)械手相比，太空機(jī)械臂很長，工作空間大，為了減輕發(fā)射的重量，減少關(guān)節(jié)電機(jī)的功率和用電量，太空機(jī)械臂采用質(zhì)輕的細(xì)長結(jié)構(gòu)，手臂剛度低，工作時很容易產(chǎn)生大的彈性變形和振動。由于太空環(huán)境中阻尼很小，機(jī)械臂振動會持續(xù)很長時間，影響正常的工作，因此抑制振動，提高機(jī)械臂末端的操作精度是太空機(jī)械臂應(yīng)用中急需解決的一個主要問題。
[0003]許多研究者和工程技術(shù)人員提出并研究了采用壓電材料作為傳感器和作動器的方案，用于機(jī)械臂的振動抑制，但由于太空機(jī)械臂太長，在表面粘貼壓電材料不僅需要付出昂貴的代價，也增加了機(jī)械臂的重量和體積，另外，這種方案的一個致命弱點是抑制的結(jié)果機(jī)械臂因振動產(chǎn)生的最大偏差仍出現(xiàn)在末端，而機(jī)械臂的定位精度就是末端的定位精度，只有盡可能減小末端的偏差，同時，最大偏差出現(xiàn)在其余部分才是振動抑制的理想結(jié)果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于壓電材料作為傳感器和作動器的方案不僅代價昂貴，增加機(jī)械臂重量和體積，而且振動產(chǎn)生的最大偏差仍出現(xiàn)在末端等弊端，本發(fā)明設(shè)計了一種機(jī)械臂振動抑制裝置，通過適當(dāng)?shù)目刂品椒梢詫⒛┒说钠顪p小到零，臂桿最大偏差出現(xiàn)在中部附近。
[0005]本發(fā)明涉及的機(jī)械臂振動抑制裝置及其振動抑制方法，通過安裝在機(jī)械臂中部的電動機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，可以帶動絲杠向兩個方向運動。絲杠的運動推動并拉緊機(jī)械臂一側(cè)的鋼索，以抵消末端載荷加速運動在相反方向上產(chǎn)生的力矩。根據(jù)末端載荷質(zhì)量和加速度，可以確定載荷慣性力在垂直于鋼索安裝面的方向上的投影，由此利用本發(fā)明所給出的絲杠需要伸出的長度公式，可以確定絲杠的運動方向及其需要伸出的長度。
[0006]本發(fā)明具有如下特點:
[0007](I)機(jī)械臂末端的偏差減小到零，臂桿最大偏差出現(xiàn)在中部附近。
[0008](2)成本低廉；
[0009](3)增加的重量和體積很小。
[0010](4)仿真對比結(jié)果證明了抑制裝置及其抑制方法具有很好的效果.【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是機(jī)械臂振動抑制裝置結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是承受兩個集中載荷的懸臂梁的受力圖，圖3是鋼索的拉力示意圖，圖3是鋼索的拉力示意圖。[0012]標(biāo)號說明:1電動機(jī)，2絲杠，3鋼索。
【具體實施方式】
[0013]1.機(jī)械臂振動抑制裝置的結(jié)構(gòu)和工作原理
[0014]如圖1所示，機(jī)械臂振動抑制裝置由電動機(jī)(I)、絲杠(2)和鋼索(3)三部件組成。電動機(jī)(I)安裝在機(jī)械臂的中部，其軸為空心軸，并可以正向和反向轉(zhuǎn)動?？招妮S內(nèi)側(cè)帶有螺紋。絲杠(2)是一個帶有螺紋的圓柱，螺紋與電動機(jī)(I)空心軸內(nèi)側(cè)的螺紋相吻合。絲杠(2)的兩端帶有長方體形狀的穿線柱，穿線柱中間開槽用于穿過鋼索(3)。兩根鋼索(3)布置在長方體機(jī)械臂兩個相對的面上，穿過穿線柱開槽后兩端分別固定在機(jī)械臂的兩端。
[0015]通過機(jī)械臂末端位置和載荷質(zhì)量的估計可以計算出載荷慣性力在垂直于鋼索(3)安裝面方向上的投影，其相反方向就是絲杠(2)需要移動的方向。按照下面的方法可以計算出絲杠(2)需要移動的距離。以此方式驅(qū)動電動機(jī)(I)可以部分抵消末端載荷慣性力對機(jī)械臂的彎曲，達(dá)到振動抑制的目的。
[0016]2.振動抑制方法
[0017]2.1臂桿的曲線方程
[0018]取懸臂梁作為機(jī)械臂振動抑制裝置的力學(xué)模型，如圖2所示，絲杠到懸臂每端的距離為L/2，絲杠的長度為1，絲杠對鋼索的支撐力為P，鋼索的拉力為R，在力P作用下懸臂梁在A，B兩點的支撐力分別為Ra和Rb，懸臂梁在B點受到的外力為F，則
[0019]
【權(quán)利要求】
1.一種機(jī)械臂振動抑制裝置及其抑制方法，其特征在于:抑制裝置由電動機(jī)(I)、絲杠(2)和鋼索(3)三部件組成；電動機(jī)(I)安裝在機(jī)械臂的中部，其軸為空心軸，并可以正向和反向轉(zhuǎn)動；空心軸內(nèi)側(cè)帶有螺紋；絲杠(2)是一個帶有螺紋的圓柱，螺紋與電動機(jī)(I)空心軸內(nèi)側(cè)的螺紋相吻合；絲杠(2)的兩端帶有長方體形狀的穿線柱，穿線柱中間開槽用于穿過鋼索(3);兩根鋼索(3)布置在長方體機(jī)械臂兩個相對的面上，穿過穿線柱開槽后兩端分別固定在機(jī)械臂的兩端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械臂振動抑制裝置，其振動抑制方法的特征在于通過機(jī)械臂末端位置和載荷質(zhì)量的估計，計算出載荷慣性力在垂直于鋼索(3)安裝面方向上的投影F，其相反方向就是絲杠(2)需要移動的方向；絲杠(2)需要的伸出長度為
【文檔編號】B25J19/00GK103615495SQ201310571542
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月7日
【發(fā)明者】安凱, 王飛飛, 王曉英, 安培亮, 安宏亮 申請人:安凱