CN114800495A - 一种基于机器视觉的柔性机械臂振动控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于机器视觉的柔性机械臂振动控制系统，包括底座和转动座，底座顶部的中部与转动座的底部固定连接，所述转动座的表面固定连接有驱动轴，驱动轴的表面固定连接有支撑臂，所述支撑臂顶端的中部固定连接有转动件，转动件的外表面固定连接有副臂，本发明涉及柔性机械臂智控技术领域。该基于机器视觉的柔性机械臂振动控制系统，可以采取削弱的方式降低柔性机械臂在运转过程中其副臂与主臂之间交互所产生的振动，而且在削弱过程中并不会出现导致柔性机械臂使用效果出现偏差的情况，这样一来便保证了整体设备的使用效果，避免了在控制振动时导致柔性机械臂使用效果削弱的情况，给整体加工过程带来了保障。

Description

一种基于机器视觉的柔性机械臂振动控制系统

技术领域

本发明涉及柔性机械臂智控技术领域，具体为一种基于机器视觉的柔性机械臂振动控制系统。

背景技术

近年来，随着机器人技术的发展，应用高速度、高精度、高负载自重比的机器人结构受到工业和航空航天领域的关注，由于运动过程中关节和连杆的柔性效应的增加，使结构发生变形从而使任务执行的精度降低，所以，机器人机械臂结构柔性特征必须予以考虑，实现柔性机械臂高精度有效控制也必须考虑系统动力学特性，柔性机械臂是一个非常复杂的动力学系统，其动力学方程具有非线性、强耦合、实变等特点，而进行柔性臂动力学问题的研究，其模型的建立是极其重要的，柔性机械臂不仅是一个刚柔耦合的非线性系统，而且也是系统动力学特性与控制特性相互耦合即机电耦合的非线性系统，动力学建模的目的是为控制系统描述及控制器设计提供依据，一般控制系统的描述(包括时域的状态空间描述和频域的传递函数描述)与传感器/执行器的定位，从执行器到传感器的信息传递以及机械臂的动力学特性密切相关。

现有的机械臂振动抑制方法大多以传统的技术方法为主，大多采用提高机械臂的机械结构刚度、降低各个传动部件的间隙、增加阻尼等被动减振方法，这些现有的机械臂减振方法缺点明显：大幅度增大机械臂重量和体积、增大整体功耗和整体成本，且减振效果差。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于机器视觉的柔性机械臂振动控制系统，该减振系统能有效解决上述背景技术中所提出的问题，本系统采用机器视觉及智能控制算法技术，实现了非接触的柔性机械臂振动测量，避免了传统接触式振动测量方法对机械臂结构特性产生影响的缺点，在视觉精确测量反馈的基础上，本发明提出了一种利用变阻尼器的主动振动控制方法，降低柔性机械臂在运转过程中其副臂与主臂之间交互所产生的振动，而且在振动抑制的过程中并不会出现导致柔性机械臂使用效果及运动精度出现偏差的情况，本系统方法经过实验测试有效，减振效果良好、稳定性高，可以有效降低柔性机械臂的整体成本，同时保证机械臂的振动抑制效果，具有广阔的应用前景。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于机器视觉的柔性机械臂振动控制系统，包括底座和转动座，所述底座顶部的中部与转动座的底部固定连接，所述转动座的表面固定连接有驱动轴，并且驱动轴的表面固定连接有支撑臂，所述支撑臂顶端的中部固定连接有转动件，所述转动件的外表面固定连接有副臂，并且副臂外表面的顶部固定连接有固定架，所述副臂的右端固定连接有连接轴，并且连接轴的表面固定连接有卡接件，所述卡接件的表面固定连接有夹持手，所述转动座与转动件之间和副臂与连接轴之间均通过导管固定连接，所述支撑臂与副臂表面的中部均开设有缓震槽。

优选的，所述优选的，所述缓震槽内腔两侧之间的表面均贯穿有固定杆，两个所述固定杆之间固定连接有阻尼球，所述固定杆均远离阻尼球的一端均贯穿支撑臂并延伸至支撑臂的内腔，所述固定杆的另一端与支撑臂的内腔之间转动连接。

优选的，所述固定杆外表面的中部且位于支撑臂的内腔固定连接有连接齿轮，并且连接齿轮外表面的底部啮合有驱动齿轮，所述驱动齿轮外表面的中部固定连接有驱动轴。

优选的，所述驱动轴外表面中部的两侧均套设有固定套，并且固定套外表面的顶部和底部均与支撑臂的内腔固定连接，所述驱动轴的两端均贯穿支撑臂并延伸至支撑臂的外部。

优选的，所述驱动轴的两端均固定连接有转向电机，并且转向电机的外表面通过安装件与支撑臂的表面固定连接。

优选的，所述缓震槽内腔两侧之间的顶部和底部与顶部和底部之间的中部分别固定连接有振动传感器和无线充电器。

优选的，所述阻尼球内腔顶部和底部之间的中部均固定连接有恒速电机，并且两个恒速电机之间的中部固定连接有转轴，所述转轴表面的两侧均开设有卡槽。

优选的，所述阻尼球内腔顶部和底部的表面均固定连接有无线充电接收介质，并且恒速电机的输入端通过连接线与无线充电接收介质之间电性连接。

优选的，所述阻尼球内腔两侧之间的中部且位于卡槽的内腔滑动连接有卡块。

优选的，所述振动传感器的输出端与分析模组的输入端连接，并且分析模组的输出端与具体性控制器的输入端连接，所述具体项控制器分别与转向电机和恒速电机实现双向连接，并且转向电机和恒速电机均与检测模块的输入端连接，所述检测模块的输出端与视觉反馈模块的输入端连接。

(三)有益效果

本发明提供了一种基于机器视觉的柔性机械臂振动控制系统具备以下有益效果：

(1)、该基于机器视觉的柔性机械臂振动控制系统，采用机器视觉及智能控制算法技术，实现了非接触的柔性机械臂振动测量，避免了传统接触式振动测量方法对机械臂结构特性产生影响的缺点。

(2)、该基于机器视觉的柔性机械臂振动控制系统，可以采取主动削弱的方式降低柔性机械臂在运转过程中其副臂与主臂之间交互所产生的振动，而且在削弱过程中并不会出现导致柔性机械臂使用效果出现偏差的情况，这样一来便保证了整体设备的使用效果，避免了在控制振动时导致柔性机械臂使用效果削弱的情况，给机械臂的运动精度带来了保障。

(3)、该基于机器视觉的柔性机械臂振动控制系统，可以针对柔性机械臂工作过程在产生振动的震源及其方位进行调整，在未产生振动的区域停止启用该控制设备，这样一来便可以减轻使用消耗，而且还可以在实施振动控制时更加有效和稳定，控制效果更好，这利于人们使用。

附图说明

图1为本发明中结构的主视图；

图2为本发明中驱动齿轮结构的示意图；

图3为本发明中阻尼球内部结构的剖视图；

图4为本发明中阻尼球结构的剖视图；

图5为本发明中系统原理的框图。

图中，1-底座、2-转动座、3-驱动轴、4-支撑臂、5-转动件、6-副臂、7-固定架、8-连接轴、9-卡接件、10-固定杆、11-阻尼球、12-连接齿轮、13-驱动齿轮、14-驱动轴、15-转向电机、16-振动传感器、17-无线充电器、18-恒速电机、19-转轴、20-无线充电接收介质、21-连接线、22-卡块、23-分析模组、24-具体项控制器、25-检测模块、26-视觉反馈模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-5，本发明实施例提供一种技术方案：一种基于机器视觉的柔性机械臂振动控制系统，包括底座1和转动座2，底座1顶部的中部与转动座2的底部固定连接，转动座2的表面固定连接有驱动轴3，并且驱动轴3的表面固定连接有支撑臂4，支撑臂4顶端的中部固定连接有转动件5，转动件5的外表面固定连接有副臂6，并且副臂6外表面的顶部固定连接有固定架7，副臂6的右端固定连接有连接轴8，并且连接轴8的表面固定连接有卡接件9，卡接件9的表面固定连接有夹持手，转动座2与转动件5之间和副臂6与连接轴8之间均通过导管固定连接，支撑臂4与副臂6表面的中部均开设有缓震槽。

本发明中，缓震槽内腔两侧之间的表面均贯穿有固定杆10，两个固定杆10之间固定连接有阻尼球11，固定杆10均远离阻尼球11的一端均贯穿支撑臂4并延伸至支撑臂4的内腔，固定杆10的另一端与支撑臂4的内腔之间转动连接。

本发明中，固定杆10外表面的中部且位于支撑臂4的内腔固定连接有连接齿轮12，并且连接齿轮12外表面的底部啮合有驱动齿轮13，驱动齿轮13外表面的中部固定连接有驱动轴14。

本发明中，驱动轴14外表面中部的两侧均套设有固定套，并且固定套外表面的顶部和底部均与支撑臂4的内腔固定连接，驱动轴14的两端均贯穿支撑臂4并延伸至支撑臂4的外部。

本发明中，驱动轴14的两端均固定连接有转向电机15，并且转向电机15的外表面通过安装件与支撑臂4的表面固定连接。

本发明中，缓震槽内腔两侧之间的顶部和底部与顶部和底部之间的中部分别固定连接有振动传感器16和无线充电器17，振动传感器16的型号为LWH-0130。

本发明中，阻尼球11内腔顶部和底部之间的中部均固定连接有恒速电机18，并且两个恒速电机18之间的中部固定连接有转轴19，转轴19表面的两侧均开设有卡槽。

本发明中，阻尼球11内腔顶部和底部的表面均固定连接有无线充电接收介质20，并且恒速电机18的输入端通过连接线21与无线充电接收介质20之间电性连接。

本发明中，阻尼球11内腔两侧之间的中部且位于卡槽的内腔滑动连接有卡块22。

本发明中，振动传感器16的输出端与分析模组23的输入端连接，并且分析模组23的输出端与具体性控制器24的输入端连接，具体项控制器24分别与转向电机15和恒速电机18实现双向连接，并且转向电机15和恒速电机18均与检测模块25的输入端连接，检测模块25的输出端与视觉反馈模块26的输入端连接。

使用时，当机械臂开设运转，其各项活动关节之间转动时所产生的摩擦力而衍生的振动力反馈到机械臂上时，振动传感器16首先判断震源方向，然后选择好支撑臂4或是副臂6上的阻尼球11，随之启动转向电机15，其带动驱动齿轮13转动，驱动齿轮13驱动连接齿轮12转动来从而带动阻尼球11转向，随之调整阻尼球11内腔转轴19转向位置，然后恒速电机18启动，恒速电机18由连接线21供电，连接线21通过无线充电接收介质20接收无线充电器17所发射的电波催生电力输入恒速电机18，恒速电机18将带动转轴19转动来产生与机械臂振动方向相反方向的力量，产生抵消力，接着正常使用机械臂即可，振动传感器16识别方向信息后与分析模组23共享，然后由其计算出相应方向，并输出到具体项控制器24中，然后具体项控制器24控制相对应的电机启用，然后控制相应组件，而且检测模块25则用于检测机械臂振动是否正常消除，并通过视觉反馈模块26与工作人员的控制终端实现反馈。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种基于机器视觉的柔性机械臂振动控制系统，包括底座(1)和转动座(2)，所述底座(1)顶部的中部与转动座(2)的底部固定连接，其特征在于：所述转动座(2)的表面固定连接有驱动轴(3)，并且驱动轴(3)的表面固定连接有支撑臂(4)，所述支撑臂(4)顶端的中部固定连接有转动件(5)，所述转动件(5)的外表面固定连接有副臂(6)，并且副臂(6)外表面的顶部固定连接有固定架(7)，所述副臂(6)的右端固定连接有连接轴(8)，并且连接轴(8)的表面固定连接有卡接件(9)，所述卡接件(9)的表面固定连接有夹持手，所述转动座(2)与转动件(5)之间和副臂(6)与连接轴(8)之间均通过导管固定连接，所述支撑臂(4)与副臂(6)表面的中部均开设有缓震槽。

2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的柔性机械臂振动控制系统，其特征在于：所述缓震槽内腔两侧之间的表面均贯穿有固定杆(10)，两个所述固定杆(10)之间固定连接有阻尼球(11)，所述固定杆(10)均远离阻尼球(11)的一端均贯穿支撑臂(4)并延伸至支撑臂(4)的内腔，所述固定杆(10)的另一端与支撑臂(4)的内腔之间转动连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于机器视觉的柔性机械臂振动控制系统，其特征在于：所述固定杆(10)外表面的中部且位于支撑臂(4)的内腔固定连接有连接齿轮(12)，并且连接齿轮(12)外表面的底部啮合有驱动齿轮(13)，所述驱动齿轮(13)外表面的中部固定连接有驱动轴(14)。

4.根据权利要求3所述的一种基于机器视觉的柔性机械臂振动控制系统，其特征在于：所述驱动轴(14)外表面中部的两侧均套设有固定套，并且固定套外表面的顶部和底部均与支撑臂(4)的内腔固定连接，所述驱动轴(14)的两端均贯穿支撑臂(4)并延伸至支撑臂(4)的外部。

5.根据权利要求3所述的一种基于机器视觉的柔性机械臂振动控制系统，其特征在于：所述驱动轴(14)的两端均固定连接有转向电机(15)，并且转向电机(15)的外表面通过安装件与支撑臂(4)的表面固定连接。

6.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的柔性机械臂振动控制系统，其特征在于：所述缓震槽内腔两侧之间的顶部和底部与顶部和底部之间的中部分别固定连接有振动传感器(16)和无线充电器(17)。

7.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的柔性机械臂振动控制系统，其特征在于：所述阻尼球(11)内腔顶部和底部之间的中部均固定连接有恒速电机(18)，并且两个恒速电机(18)之间的中部固定连接有转轴(19)，所述转轴(19)表面的两侧均开设有卡槽。

8.根据权利要求7所述的一种基于机器视觉的柔性机械臂振动控制系统，其特征在于：所述阻尼球(11)内腔顶部和底部的表面均固定连接有无线充电接收介质(20)，并且恒速电机(18)的输入端通过连接线(21)与无线充电接收介质(20)之间电性连接。

9.根据权利要求7所述的一种基于机器视觉的柔性机械臂振动控制系统，其特征在于：所述阻尼球(11)内腔两侧之间的中部且位于卡槽的内腔滑动连接有卡块(22)。

10.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的柔性机械臂振动控制系统，其特征在于：所述振动传感器(16)的输出端与分析模组(23)的输入端连接，并且分析模组(23)的输出端与具体性控制器(24)的输入端连接，所述具体项控制器(24)分别与转向电机(15)和恒速电机(18)实现双向连接，并且转向电机(15)和恒速电机(18)均与检测模块(25)的输入端连接，所述检测模块(25)的输出端与视觉反馈模块(26)的输入端连接。

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