CN108762198B - 一种刚性和柔性运动同步运动插孔控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种刚性和柔性运动同步运动插孔控制装置及方法，包括柔性本体部分、刚性运动本体部分、检测部分及驱动控制部分，通过采用CCD相机、激光投射器、压电片传感器、加速度传感器、激光位移传感器和光栅尺检测柔性臂的振动信号，将信号反馈到压电片驱动器以抑制柔性臂的振动，同时控制柔性臂的运动以跟踪刚性运动本体部分的一定，最终驱动伺服电机把已经完成同步运动口控制的柔性臂插入泡沫板的孔内。

Description

一种刚性和柔性运动同步运动插孔控制装置及方法

技术领域

本发明涉及同步运动控制领域，具体涉及一种刚性和柔性运动同步运动插孔控制装置及方法。

背景技术

柔性机构在航空航天领域应用非常广泛。相比于刚性结构，柔性机构的刚度比较低，极易变形，因此柔性运动常常伴随着较大的振动；但柔性机构整体质量比较轻，十分合适航空航天的需求。只要处理好柔性机构运动时的问题，这将方便人类探索宇宙的奥秘。

多传感器信息融合技术的基本原理就像人的大脑综合处理信息的过程一样，将各种传感器进行多层次、多空间的信息互补和优化组合处理，最终产生对观测环境的一致性解释。在这个过程中要充分地利用多源数据进行合理支配与使用，而信息融合的最终目标则是基于各传感器获得的分离观测信息，通过对信息多级别、多方面组合导出更多有用信息。这不仅是利用了多个传感器相互协同操作的优势，而且也综合处理了其它信息源的数据来提高整个传感器系统的智能化。

直线电机可以认为是旋转电机在结构方面的一种变形，它可以看作是一台旋转电机沿其径向剖开，然后拉平演变而成。随着自动控制技术和微型计算机的高速发展，对各类自动控制系统的定位精度提出了更高的要求，在这种情况下，传统的旋转电机再加上一套变换机构组成的直线运动驱动装置，已经远不能满足现代控制系统的要求，直线电机与旋转电机相比，主要有如下几个特点：结构简单、定位精度高、反应速度快、灵敏度高、动性好、工作安全可靠、寿命长。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种刚性和柔性运动同步运动插孔控制装置及方法。本发明充分考虑了柔性臂直线移动时的振动和刚性、柔性运动机构的刚性部分同步跟踪等问题。

本发明采用如下方案：

一种刚性和柔性运动同步运动插孔控制装置，包括试验台，柔性本体部分、刚性运动本体部分、检测部分及驱动控制部分；

所述柔性本体部分，

包括由第一及第二柔性梁通过铰链连接构成的柔性臂，所述柔性臂一端通过第一支座固定在第一平台上，称为固定端，另一端为自由端，所述第一平台安装在柔性移动装置上，柔性移动装置驱动第一平台前后左右移动；

所述刚性运动本体部分，包括泡沫板、第二平台、光栅尺及Z形板，Z形板的上板连接第二平台，刚性移动装置通过Z形板的下板连接光栅尺的主尺，刚性移动装置带动光栅尺的主尺与第二平台同步移动，泡沫板通过第三支座固定在第二平台上，所述泡沫板开有孔，该孔位于靠近柔性臂自由端一侧，在检测部分及驱动控制部分的作用下，使柔性臂自由端插入孔内；

所述检测部分

包括CCD相机、激光投影器、压电片传感器、加速度传感器及用于检测柔性臂自由端的振动信号及与泡沫板通孔相对距离的激光位移传感器；

所述CCD相机通过云台固定在第二支座上，柔性臂的上边缘及孔位于CCD相机的视场范围内，所述激光投影器固定在第一支座上，其投射激光点落在柔性臂的中心线上；

所述压电片传感器粘贴在第一柔性梁上，靠近支座一端，所述加速度传感器固定在第二柔性梁上，靠近自由端一侧，

所述驱动控制部分

包括压电片驱动器、第一伺服驱动器、第二伺服驱动器、压电放大器、动态应变仪、电荷放大器、伺服放大器、运动控制器及计算机；

计算机与运动控制卡相互连接，激光投影器向计算机输入信号；运动控制卡分别向伺服放大器、第一伺服驱动器及第二伺服驱动器及压电放大器输出控制信号驱动柔性臂移动插入孔内，

运动控制卡向伺服放大器输出信号驱动泡沫板的移动；

运动控制卡向压电放大器输出信号驱动压电片驱动器抑制柔性臂振动；

所述电荷放大器、激光位移传感器、与动态应变仪向运动控制卡输入信号，电荷放大器与加速度传感器连接，动态应变仪与压电片传感器连接，所述压电片驱动器设置在第一柔性梁上。

所述柔性移动装置包括第一伺服电机、第二伺服电机、第一导轨、第二导轨、第一丝杆、第二丝杆、第一滑块及第二滑块；

所述第一伺服电机及第一导轨固定在试验台上，第一伺服电机与第一丝杆连接，第一滑块与第一丝杆连接将第一丝杆的旋转运动转化在第一导轨的前后直线运动；

所述第二伺服电机与第二丝杆连接，第二滑块与第二丝杆连接将第二丝杆的旋转运动转化在第二导轨的左右直线运动；

所述第一滑块及第二滑块上下垂直固定，第一滑块位于下方，所述第一平台固定在第二导轨上。

所述刚性移动装置包括第三导轨、直线电机及第三滑块，

直线电机、第三导轨及光栅尺的读数头固定在试验台上，所述直线电机与计算机连接；

第三滑块在直线电机的驱动下在第三导轨上直线移动，第三滑块通过Z形板的下板连接光栅尺的主尺，且通过Z形板的上板连接第二平台，带动光栅尺的主尺和第二平台同步移动。

所述压电片传感器固定在柔性臂的固定端，且位于第一柔性梁的宽度方向的中线上，正反两面对称粘贴，每面一片。

所述压电片驱动器具体为四片，正反两面对称粘贴，每面两片，对称设置在第一柔性梁宽度方向的中线两侧。

所述孔为矩形通孔，其矩形通孔的截面大于第二柔性梁的截面。

所述加速度传感器具体安装在第二柔性梁背对激光位移传感器的一侧，且位于第二柔性梁宽度方向中线的中线上。

所述CCD相机的检测轴线所在的平面与柔性臂的中心线为同一水平面。

云台及激光投影器设置在同一水平面，且激光投影器位于云台的前方。

一种刚性和柔性运动同步运动插孔控制装置的控制方法，包括如下步骤：

第一步计算机设定直线电机运动的速度，将信息传给运动控制卡处理后输入到伺服放大器，驱动直线电机带动泡沫板的直线移动，光栅尺将测得的运动信号反馈到直线电机，使直线电机按照计算机给定的速度运行；

第二步CCD相机、激光投射器、压电片传感器、加速度传感器和激光位移传感器分别检测柔性臂的振动信号和直线位移信号，得到相对应的测量信息；

第三步CCD相机、激光投射器和激光位移传感器将步骤二所测的信号直接传到运动控制卡进行处理；压电片传感器将步骤二所测的信号先通过动态应变仪处理再传到运动控制卡进行进一步处理；加速度传感器将步骤二所测的信号先通过电荷放大器放大等处理后传到运动控制卡进行进一步的处理；运动控制卡将收集的所有信息进行A/D转换处理，在送到计算机；

第四步根据步骤三得到的检测信号，计算机进行相关控制算法运算得到相应的直线移动和振动反馈信号；将直线移动反馈信号传回运动控制卡进行D/A转换等处理，再传到第一伺服驱动器驱动第一伺服电机使柔性臂同步直线跟踪孔的运动；同时，将振动反馈信号传回运动控制卡进行D/A转换处理，然后传到压电放大器放大反馈信号以驱动压电片驱动器抑制柔性臂振动；

第五步重复步骤二至步骤四，直至柔性臂的振动范围在一段时间内处于孔的宽度范围内；计算机下达信号给运动控制卡进行D/A转换处理，再传到第二伺服驱动器驱动第二伺服电机使柔性臂插入孔内；

第六步通过改变控制参数，反复试验，获取多次实验结果，得到柔性运动和刚性运动同步运动的控制特性及控制效果。

本发明的有益效果：

(1)本发明通过合理的机械结构设计，将两根柔性梁通过柔性铰链固定在同一平面上，组成柔性臂，该柔性臂在前后移动方向具有非常低的刚度，因此运动时振动十分剧烈，通过本发明振动的检测和抑制可检验实际的同步控制效果。

(2)本发明采用直线电机作主动驱动，伺服旋转电机作从动驱动，配合光栅尺能让主动驱动的直线电机按给定的速度精确地运动，而作为从动驱动的伺服旋转电机适合在同步控制系统控制下能比较准确地跟踪直线电机的运动。

(3)本发明中所述实验装置采用了相机高速拍摄、激光发射及反射等信号采集的方法，属于比较先进的检测方法，比以往传统的检测方式更精确、快速、直接和高效。

(4)本发明使用多传感器信息融合技术的方法对柔性臂的振动和直线移动进行检测比较，从多角度采集物理信号并进行一定处理和运算，得出综合的反馈结果，有利于提高检测和控制的精度。

附图说明

图1是本发明的总体结构示意图；

图2是刚性运动部分的结构示意图；

图3是柔性运动部分的主视图；

图4是本发明的结构示意图；

图5是本发明的后视图；

图6是本发明的俯视图；

图7是本发明的左视图；

图8是本发明的同步控制流程框图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1-图7所示，一种刚性和柔性运动同步运动插孔控制装置，包括试验台33、柔性本体部分、刚性运动本体部分、检测部分及驱动控制部分。

所述柔性本体部分，第一柔性梁18及第二柔性梁21通过柔性铰链连接构成柔性臂，所述柔性臂一端通过第一支座16固定在第一平台上11，称为固定端，另一端为自由端，所述第一平台安装在柔性移动装置上，柔性移动装置驱动第一平台11前后左右移动，铰链20与柔性梁接触的位置用垫片和螺钉规定，本实施例中两个柔性梁的厚度相同，高度相同，适合工程应用；

所述柔性移动装置包括：第一伺服电机1、第二伺服电机10、第一导轨3、第二导轨7、第一丝杆4、第二丝杆8、第一滑块5及第二滑块6；

所述第一伺服电机及第一导轨固定在试验台上，第一伺服电机的主轴通过联轴器2与第一丝杆4连接，把转动力矩传递给第一丝杆，第一滑块5与第一丝杆4连接将第一丝杆的旋转运动转化在第一导轨的前后直线运动；

所述第二伺服电机10的主轴通过联轴器9与第二丝杆8连接，把转动力矩传递给第二丝杆8，第二滑块与第二丝杆连接将第二丝杆的旋转运动转化在第二导轨的左右直线运动.

所述第一导轨和第一丝杆上安装有盖板以防止灰尘和其他杂物掉落至第一导轨以影响第一滑块的直线移动，从而提高精度。

所述第一滑块5及第二滑块6上下垂直固定，第一滑块位于下方，所述第一平台固定在第二导轨上，因此在第一伺服电机和第二伺服电机的同时驱动下可实现第二导轨的水平方向前后左右任意平移。

所述刚性运动本体部分，包括泡沫板24、第三支座25、第二平台26、Z形板27、光栅尺28、第三导轨29、直线电机30、第三滑块31和第四支座32。

直线电机的磁体、第三导轨和光栅尺的读数头分别两两平行固定在试验台上，直线电机的线圈和第三滑块固定这，使第三滑块在直线电机的驱动下在第三导轨上直线移动。第三滑块通过Z形板的下板连接光栅尺的主尺，也通过Z形板的上板连接第二平台，让第三滑块带动光栅尺的主尺和第二平台同步移动。

第三导轨、直线电机和光栅尺上均安装盖板以保护第三导轨、直线电机和光栅尺不受杂物额尘埃等影响，从而具有良好的直线移动性能。

第二平台上固定着第三支座25和第四支座32，第三滑块带动第三支座和第四支座一同移动，第三支座中间用螺栓固定泡沫板24，泡沫板24中心开有比第二柔性梁21纵截面稍大的孔，可以让柔性臂自由插入。本实施例中孔的尺寸为5mm×201mm，通孔。

所述检测部分：

激光位移传感器23，并让激光位移传感器23正对着第二柔性梁21的靠近孔的一端；实时检测其与孔在运动方向上的相对距离。整个刚性运动机构能实现泡沫板24按设定的直线电机30速度前后移动，并在柔性臂跟踪孔的运动后和抑制自身振动后，让柔性臂插入孔内；

第一支座16和第二支座12分别用螺栓固定在第一平台上，第二支座上方固定着激光投射器15，使激光投射器以一定的下倾角使其投射激光点落在柔性臂的中心线上。

第二支座12上方固定着云台13，使CCD相机14固定在云台上，柔性臂的上边缘及孔位于CCD相机的视场范围内，CCD相机的检测轴线所在的平面与柔性臂的中心线为同一水平面，第一支座中间用螺栓固定第一柔性梁，并通过柔性铰链20连接着第二柔性梁，使得第一柔性梁、第二柔性梁和柔性铰链共同组成柔性臂固定在第一支座上。

激光投射器15固定在第二支座12并位于柔性臂的中心线上，外接电源即能发出点状激光，可配合CCD相机能检测柔性臂的中心线是否与孔有交集，以此判断能否驱动柔性臂来插入孔内。

第一柔性梁上贴有压电片驱动器17和压电片传感器19，压电片传感器贴在第一柔性梁两侧靠近第一支座16的中心位置，且两侧对称粘贴，共贴2片，这能检测第一柔性梁18在靠近第一支座的位置因变形而产生的微小位移，从而将信号传给运动控制卡40以驱动压电片驱动器17抑制柔性臂振动。

加速度传感器22固定在第二柔性梁21靠近孔的中心位置，用以检测第二柔性梁21在所处位置的加速度状况，从而将信号传给运动控制卡40以驱动压电片驱动器抑制柔性臂的振动。

激光位移传感器发出的激光检测泡沫板通孔到第二柔性梁的距离及其变化，从而计算得知柔性臂和孔的相对运动状况和振动情况，激光位移传感器可以安装在第二柔性梁上、泡沫板上或者第四支座上，因此也能将信号传给运动控制卡40以控制柔性臂跟孔的前后移动和驱动压电片驱动器抑制柔性臂的振动。

光栅尺28固定在试验台上与直线电机间接相连，能将测得的实际运动信号反馈给直线电机，使得直线电机按给定的速度更精确地驱动孔直线移动；

第二柔性梁固定着加速度传感器22，整个柔性运动机构能实现柔性臂同步跟踪刚性运动机构的前后移动，并在抑制振动到一定程度后，推动柔性臂左右移动来插入刚性运动机构的孔内。

驱动控制部分

包括压电片驱动器17、第一伺服驱动器34、第二伺服驱动器35、压电放大器36、动态应变仪37、电荷放大器38、伺服放大器39、运动控制卡40和计算机41，图1中伺服驱动器I、伺服驱动器II分别表示第一伺服驱动器及第二伺服驱动器，计算机通过运动控制卡控制伺服放大器驱动直线电机按设定的速度运动，动态应变仪将压电片传感器检测的信号传到进行一定处理后传给运动控制卡进行A/D转换等处理；电荷放大器和加速度传感器检测的信号放大后传给运动控制卡进行A/D转换等处理；压电放大器将从运动控制卡D/A转换后的信号放大并驱动压电片驱动器以抑制振动；计算机将所得的数据进行控制算法运算，并通过运动控制卡进行D/A转换，控制第一伺服驱动器和第二伺服驱动器按运算结果分别驱动第一伺服电机和第二伺服电机，以实现柔性臂的同步前后移动和对准孔后插入孔内。

加速度传感器安装在第二柔性梁背对激光位移传感器的一侧，且位于第二柔性梁宽度方向的中线上，正中心距离靠近孔的梁边缘100mm。

所述压电片驱动器具体包括四片，分别贴在第一柔性梁两侧靠近第一支座，与宽度方向的中线横向对称粘贴，且两侧对称粘贴，压电片驱动器能接受压电放大器放大的信号驱动以抑制振动。

如图8所示，一种刚性和柔性运动同步运动插孔控制装置的控制方法，包括如下步骤：

第一步计算机设定直线电机运动的速度，将信息传给运动控制卡处理后输入到伺服放大器，驱动直线电机带动泡沫板的直线移动，光栅尺将测得的运动信号反馈到直线电机，使直线电机按照计算机给定的速度运行；

第二步CCD相机、激光投射器、压电片传感器、加速度传感器和激光位移传感器分别检测柔性臂的振动信号和直线位移信号，得到相对应的测量信息；

第三步CCD相机、激光投射器和激光位移传感器将步骤二所测的信号直接传到运动控制卡进行处理；压电片传感器将步骤二所测的信号先通过动态应变仪处理再传到运动控制卡进行进一步处理；加速度传感器将步骤二所测的信号先通过电荷放大器放大等处理后传到运动控制卡进行进一步的处理；运动控制卡将收集的所有信息进行A/D转换处理，在送到计算机；

第四步根据步骤三得到的检测信号，计算机进行相关控制算法运算得到相应的直线移动和振动反馈信号；将直线移动反馈信号传回运动控制卡进行D/A转换等处理，再传到第一伺服驱动器驱动第一伺服电机使柔性臂同步直线跟踪孔的运动；同时，将振动反馈信号传回运动控制卡进行D/A转换处理，然后传到压电放大器放大反馈信号以驱动压电片驱动器抑制柔性臂振动；

第五步重复步骤二至步骤四，直至柔性臂的振动范围在一段时间内处于孔的宽度范围内；计算机下达信号给运动控制卡进行D/A转换处理，再传到第二伺服驱动器驱动第二伺服电机使柔性臂插入孔内；

第六步通过改变控制参数，反复试验，获取多次实验结果，得到柔性运动和刚性运动同步运动的控制特性及控制效果。

图1中的虚线指示了各个设备之间的连线关系，方向箭头表明了检测和控制信号流的传递方向。

在本实施例中，第一伺服电机选用三菱的伺服电机，型号为HF-KP43，额定输出功率400W，额定转速3000rpm，其配对的第一伺服驱动器选用三菱的伺服驱动器，型号为MR-JE-40A，额定电流2.8A，额定电压AC200V，额定输出400W。第二伺服电机选用三菱的伺服电机，型号为HF-KP23，额定输出功率200W，额定转速3000rpm，其配对的第二伺服驱动器选用三菱的伺服驱动器，型号为MR-JE-20A，额定电流1.5A，额定电压AC200V，额定输出200W。直线电机选用三菱的直线电机，线圈型号为LM-U2PBD-15M-1SS0，磁体型号为LM-U2SB0-600-1SS0，电源设备功率1kVA，采用自冷的冷却方式，持续推力150N，其相应的伺服放大器选用三菱的伺服放大器，型号为MR-J3-60B-RJ004U516，主回路、控制回路电源电压/频率为单相200～230VAC/50/60Hz，控制系统为正弦波PWM控制/电流控制系统。联轴器均采用广州钜人的爪形联轴器，型号为PCTK-40-14×14，孔径均为14mm。第一丝杆的螺距为4mm，总长600mm。第二丝杆的螺距为4mm,总长350mm。第一导轨总长600mm。第二导轨总长350mm。光栅尺采用西班牙FAGOR的MKT系列光栅尺，测量长度620mm，精确度±10μm，分辨率5μm输出信号TTL，电源5V、100mA。云台13采用百变品牌的25B球形云台。CCD相机采用日本NAC的高速摄像机HX-7S，分辨率：2560x1920像素，拍摄速度1280x720@4000fps，短曝光时间：1.1微秒，内存32GB。激光投射器采用红外线点状镭射灯激光二极管发光器，射线长度0.5mm，射线宽度0.5mm。压电片传感器采用哈尔滨芯明天科技的方形压电陶瓷片，型号NAC2023，最大驱动电压200V，位移3.3μm±15％，静电容量970nF±15％，谐振频率486kHz±20％，刚度2864N/μm±20％，推力9450N±20％，其配对的动态应变仪)采用江苏泰斯特电子的，型号TST5933。压电片驱动器采用江苏联能电子技术有限公司的压电陶瓷驱动器，型号QDA 60×20×0.8，工作电压直流150V，推力>0.5N，位移偏差>2.6mm，其配对的压电放大器采用哈尔滨芯明天科技的压电放大器，型号E01.A12，功率放大模块有12通道，外形尺寸280×170×360，输入模拟信号-10～+10V，输出电压-300V～+300V，基本控制方式为模拟输入、开环控制。加速度传感器采用秦皇岛市信恒电子科技有限公司的内装IC压电加速度传感，型号YD605，其配对的加速度传感器采用秦皇岛市信恒电子科技有限公司的CA系列电荷放大器，型号CA-2。激光位移传感器采用德国米铱的，型号ILD1420(001)，量程500mm,测量中点350mm。泡沫板的几何尺寸为235mm×200mm×10mm，其中孔的几何尺寸为5mm×201mm×10mm。第一柔性梁18的几何尺寸为200mm×200mm×3mm。第二柔性梁21的几何尺寸为400mm×200mm×3mm。选用的计算机的CPU型号为core76650U2.2GHz，内存4G，主板中有PCI-e插槽，可安装运动控制卡。运动控制卡选用美国GALIL公司生产的DMC-2x00数字运动控制器，提供标准的PCI总线接口。

本文中所述柔性臂的中心点为柔性臂的宽度中线与长度中线的交叉点。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种刚性和柔性运动同步运动插孔控制装置，包括试验台，其特征在于，包括柔性本体部分、刚性运动本体部分、检测部分及驱动控制部分；

所述柔性本体部分，

包括由第一及第二柔性梁通过铰链连接构成的柔性臂，所述柔性臂一端通过第一支座固定在第一平台上，称为固定端，另一端为自由端，所述第一平台安装在柔性移动装置上，柔性移动装置驱动第一平台前后左右移动；

所述刚性运动本体部分，包括泡沫板、第二平台、光栅尺及Z形板，Z形板的上板连接第二平台，刚性移动装置通过Z形板的下板连接光栅尺的主尺，刚性移动装置带动光栅尺的主尺与第二平台同步移动，泡沫板通过第三支座固定在第二平台上，所述泡沫板开有孔；

所述检测部分

包括CCD相机、激光投影器、压电片传感器、加速度传感器及用于检测柔性臂自由端的振动信号及与泡沫板通孔相对距离的激光位移传感器；

所述CCD相机通过云台固定在第二支座上，柔性臂的上边缘及孔位于CCD相机的视场范围内，所述激光投影器固定在第一支座上，其投射激光点落在柔性臂的中心线上；

所述压电片传感器粘贴在第一柔性梁上，靠近固定端一侧，所述加速度传感器固定在第二柔性梁上，靠近自由端一侧，

所述驱动控制部分

包括压电片驱动器、第一伺服驱动器、第二伺服驱动器、压电放大器、动态应变仪、电荷放大器、伺服放大器、运动控制器及计算机；

计算机与运动控制卡相互连接，激光投影器向计算机输入信号；运动控制卡分别向伺服放大器、第一伺服驱动器及第二伺服驱动器及压电放大器输出控制信号，伺服放大器输出信号驱动泡沫板的移动；压电放大器输出信号驱动压电片驱动器抑制柔性臂振动；

所述电荷放大器、激光位移传感器与动态应变仪向运动控制卡输入信号，电荷放大器与加速度传感器连接，动态应变仪与压电片传感器连接，所述压电片驱动器设置在第一柔性梁上。

2.根据权利要求1所述的一种刚性和柔性运动同步运动插孔控制装置，其特征在于，所述柔性移动装置包括第一伺服电机、第二伺服电机、第一导轨、第二导轨、第一丝杆、第二丝杆、第一滑块及第二滑块；

所述第一伺服电机及第一导轨固定在试验台上，第一伺服电机与第一丝杆连接，第一滑块与第一丝杆连接将第一丝杆的旋转运动转化在第一导轨的前后直线运动；

所述第二伺服电机与第二丝杆连接，第二滑块与第二丝杆连接将第二丝杆的旋转运动转化在第二导轨的左右直线运动；

所述第一滑块及第二滑块上下垂直固定，第一滑块位于下方，所述第一平台固定在第二导轨上。

3.根据权利要求1所述的一种刚性和柔性运动同步运动插孔控制装置，其特征在于，所述刚性移动装置包括第三导轨、直线电机及第三滑块，

直线电机、第三导轨及光栅尺的读数头固定在试验台上，所述直线电机与计算机连接；

第三滑块在直线电机的驱动下在第三导轨上直线移动，第三滑块通过Z形板的下板连接光栅尺的主尺，且通过Z形板的上板连接第二平台，带动光栅尺的主尺和第二平台同步移动。

4.根据权利要求1所述的一种刚性和柔性运动同步运动插孔控制装置，其特征在于，所述压电片传感器固定在柔性臂的固定端，且位于第一柔性梁的宽度方向的中线上，正反两面对称粘贴，每面一片。

5.根据权利要求1所述的一种刚性和柔性运动同步运动插孔控制装置，其特征在于，所述压电片驱动器具体为四片，正反两面对称粘贴，每面两片，对称设置在第一柔性梁宽度方向的中线两侧。

6.根据权利要求1所述的一种刚性和柔性运动同步运动插孔控制装置，其特征在于，所述孔为矩形通孔，其矩形通孔的截面大于第二柔性梁的截面。

7.根据权利要求1所述的一种刚性和柔性运动同步运动插孔控制装置，其特征在于，所述加速度传感器具体安装在第二柔性梁背对激光位移传感器的一侧，且位于第二柔性梁宽度方向中线的中线上。

8.根据权利要求1所述的一种刚性和柔性运动同步运动插孔控制装置，其特征在于，所述CCD相机的检测轴线所在的平面与柔性臂的中心线为同一水平面。

9.根据权利要求1所述的一种刚性和柔性运动同步运动插孔控制装置，其特征在于，云台及激光投影器设置在同一水平面，且激光投影器位于云台的前方。

10.应用权利要求1-9任一项所述的一种刚性和柔性运动同步运动插孔控制装置的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步 计算机设定直线电机运动的速度，将信息传给运动控制卡处理后输入到伺服放大器，驱动直线电机带动泡沫板的直线移动，光栅尺将测得的运动信号反馈到直线电机，使直线电机按照计算机给定的速度运行；

第二步CCD相机、激光投射器、压电片传感器、加速度传感器和激光位移传感器分别检测柔性臂的振动信号和直线位移信号，得到相对应的测量信息；

第三步CCD相机、激光投射器和激光位移传感器将步骤二所测的信号直接传到运动控制卡进行处理；压电片传感器将步骤二所测的信号先通过动态应变仪处理再传到运动控制卡进行进一步处理；加速度传感器将步骤二所测的信号先通过电荷放大器放大处理后传到运动控制卡进行进一步的处理；运动控制卡将收集的所有信息进行A/D转换处理，在送到计算机；

第四步 根据步骤三得到的检测信号，计算机进行相关控制算法运算得到相应的直线移动和振动反馈信号；将直线移动反馈信号传回运动控制卡进行D/A转换处理，再传到第一伺服驱动器驱动第一伺服电机使柔性臂同步直线跟踪孔的运动；同时，将振动反馈信号传回运动控制卡进行D/A转换处理，然后传到压电放大器放大反馈信号以驱动压电片驱动器抑制柔性臂振动；

第五步 重复步骤二至步骤四，直至柔性臂的振动范围在一段时间内处于孔的宽度范围内；计算机下达信号给运动控制卡进行D/A转换处理，再传到第二伺服驱动器驱动第二伺服电机使柔性臂插入孔内；

第六步 通过改变控制参数，反复试验，获取多次实验结果，得到柔性运动和刚性运动同步运动的控制特性及控制效果。

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