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4所示，一种柔性关节驱动的弹簧连接多柔性梁振动测控装置，整个装置设置在实验台1上，包括柔性梁本体部分、振动检测部分及振动控制部分。

所述柔性梁本体部分包括装夹架8，所述装夹架分为上、下两层，上、下两层各安装四根柔性梁，所述上层安装的四根柔性梁分别为柔性梁16、柔性梁17、柔性梁18以及柔性梁19，所述下层安装的四根柔性梁分别为柔性梁12、柔性梁13、柔性梁14及柔性梁15。所述上下层装夹架的柔性梁安装结构位置均相同。四根柔性梁都为水平方向安装，以装夹架中心点为圆心，朝向前后左右四个不同方位，柔性梁一端与装夹架固定为固定端，其另一端为自由端，柔性梁固定端通过小夹板9固定在装夹架8上，相邻柔性梁通过拉伸弹簧7连接。每一层的四根拉伸弹簧构成四边形。所述拉伸弹簧7一共八根，同一水平高度的相邻柔性梁之间通过拉伸弹簧连接，拉伸弹簧通过吊环与柔性梁固定连接，吊环固定位置为距离柔性梁固定端400mm的中间位置，拉伸弹簧预紧安装。

减速器4固定安装在装夹座2上，伺服电机3和减速器4底端相互连接，减速器连接台5与减速器4上端的轴相互连接，输出轴25与减速器连接台5 通过圆柱销26相互连接，所述输出轴通过柔性关节带动装夹架转动。

如图5所示，进一步，所述柔性关节包括两根扭转弹簧、两根圆锥滚子轴承及套筒，所述输出轴设置在套筒内，并且通过扭转弹簧及圆锥滚子轴承与套筒连接构成柔性关节，装夹架与套筒上端连接。

如图6-图8所示，具体连接为：扭转弹簧21、扭转弹簧22分别安装在输出轴25的上下两端，两根扭转弹簧的内端与输出轴25通过孔槽相互连接，外端与套筒6通过套筒壁上的连接孔相互连接，两个扭转弹簧安装方向相反，圆锥滚子轴承23、圆锥滚子轴承24安装在输出轴中间位置的轴肩两端，两个圆锥滚子轴承通过套筒内壁的凸台和输出轴25的轴肩进行定位和安装，套筒6 和输出轴25通过扭转弹簧和圆锥滚子轴承相互连接构成柔性关节。所述套筒的上端与装夹架螺纹连接。

所述扭转弹簧21安装在输出轴25的上端，顺时针方向安装，安装位置距离输出轴自由端5mm，水平安装。所述的扭转弹簧22安装在输出轴25下端，逆时针方向安装，安装位置距离输出轴自由端40mm，水平安装。两个扭转弹簧预紧安装。

伺服电机3带动减速器4的输出轴进行转动，进而带动减速器连接台5和安装在连接台上的输出轴25转动，套筒6通过扭转弹簧和圆锥滚子轴承与输出轴25连接，输出轴25的转动带动套筒6的转动，套筒6带动装夹架8以及固定在装夹架8上的八根柔性梁转动。

如图7所述，所述套筒的上端及下端均设置连接孔，下端连接孔距套筒底端3mm，套筒上端连接孔距套筒底端56mm，所述连接孔的直径为1mm。

所述输出轴25上的孔槽深度为5mm。

所述振动检测部分包括压电陶瓷传感器10、加速度传感器20、电荷放大器 29、端子板30、运动控制卡31以及计算机32。

所述的计算机32与运动控制卡31相互连接，所述的运动控制卡31与端子板30互相连接，所述的压电陶瓷传感器10和加速度传感器20设置安装在柔性梁上，压电陶瓷传感器10和加速度传感器20将振动信息转换为振动信号，振动信号通过电荷放大器29放大后输入到端子板30，通过端子板30输入到运动控制卡31，运动控制卡内的A/D模块将模拟信号转换为数字信号，最后输入到计算机32。

进一步，所述加速度传感器一共八个，分别安装在八根柔性梁上，安装位置为距离柔性梁自由端25mm的中间位置；这八个加速度传感器可以分别检测八根柔性梁的末端振动和转动的复合信息，作为反馈信号输入到计算机。

所述压电陶瓷传感器11包括八片压电陶瓷传感器，每根柔性梁上安装一片压电陶瓷传感器，在柔性梁的水平中线上单面安装，安装位置为距离柔性梁固定端75mm的中间位置，姿态角度为0°，分别用于检测柔性梁的振动。

所述振动控制部分包括：压电致动器10、伺服电机3、压电放大器27及伺服驱动器28。

所述的压电致动器10设置在柔性梁上，包括32片压电陶瓷致动器，每根柔性梁上安装四片压电陶瓷致动器，每面各两片，对称粘贴，并联连接，安装位置为距离柔性梁固定端25mm，距中心线30mm上下对称位置，姿态角度为0°，分别用于控制柔性梁的振动。

驱动伺服电机3通过减速器4带动柔性关节进行旋转运动，根据振动检测部分检测到的振动信号，计算机32运行控制算法分别计算出伺服电机3和压电致动器11对应的控制量，生成相应的控制信号，伺服电机3对应的控制信号通过计算机32输出到运动控制卡31，再到端子板30，最后输出到伺服驱动器28，驱动伺服电机3进行控制柔性梁的振动；压电致动器10对应的控制信号通过计算机输出到运动控制卡，再到端子板和压电放大器27，最后到压电致动器，压电致动器进行控制柔性梁的振动。

所述的柔性梁振动检测装置的控制方法，包括如下的步骤：

第一步：计算机32输入预定轨迹路线控制信号，通过运动控制卡31、端子板30，传到伺服驱动器28，最后驱动伺服电机3产生相应的运动，引起柔性梁的振动；

第二步：利用压电陶瓷传感器11和加速度传感器20采集到振动信息，输出振动信号，压电陶瓷传感器11采集到的振动信号通过电荷放大器29，经由端子板30的传输，通过运动控制卡31内部的A/D转换模块将模拟信号转换为数字信号输入到计算机32；加速度传感器20采集到的振动信号通过运动控制卡 31内部的A/D转换模块将模拟信号转换为数字信号输入到计算机32；

第三步：计算机32运行控制算法分别计算出伺服电机3和压电致动器10 对应的控制量，生成相应的控制信号，伺服电机3对应的控制信号通过计算机 32输出到运动控制卡31，再到端子板30，最后输出到伺服驱动器28，驱动伺服电机3进行控制柔性梁的振动；压电致动器10对应的控制信号通过计算机32 输出到运动控制卡，再到端子板30和压电放大器27，最后到压电致动器，压电致动器进行控制柔性梁的振动；

第四步：通过改变控制参数，反复试验，获取多次实验结果，得到一种柔性关节驱动的弹簧连接多柔性梁振动测控装置及方法的振动特性及控制效果。

图1中各个虚线以和箭头表示信号在设备之间的连线关系传递方向；

在本实施例中，八块柔性梁的材料为环氧树脂薄板，其几何尺寸为600mm ×10mm×2mm，弹性模量为Ep＝26.8Gpa，密度为ρ＝1980kg/m³。

压电陶瓷传感器和压电致动器的材料为压电陶瓷，其中压电陶瓷传感器的尺寸为25mm×10mm×1mm，压电致动器的尺寸为50mm×20mm×1mm，均为片状粘贴于柔性梁上。压电陶瓷的弹性模量和压电应变常量分别为Ep＝63Gpa， d31＝166pm/V。

加速度传感器选用Kistler公司型号为8310B2的电容式传感器，其标称灵敏度为1000mV/g,测量频率范围为0-250Hz。

伺服电机选用三菱电机公司型号为HC-KFS43的交流伺服电机，其功率和最大转速为400w和3000r/min；伺服电机驱动器选用三菱公司型号为MR-J2S- 40A的伺服驱动器；减速器选用日本力新宝VRSF-25C-14BB14减速器，其减速比为1:25，背隙为15角分。

圆锥滚子轴承的型号为圆锥滚子轴承32004，外径为42mm，内径为20mm，宽度为15mm。

实验台1由三种长度为600mm，680mm和480mm的铝型材通过角铁组装而成，实验台端面为一块800mm×600mm×8mm的铝合金板，通过螺钉与铝型材连接。

电荷放大器选用江苏联能电子有限公司的YE5850型电荷放大器；压电放大电路选用型号为APEX-PA241DW的压电放大器，其放大倍数可以达到52倍，可以将-5V～+5V放大到-260V～+260V。

运动控制卡选用固高公司的GUC-800-TPV-M23-L2-F8G型号的控制卡，8 路可控轴数可提供范围为-10V～+10V的模拟量输入和输出；选用的计算机CPU 型号为Pentium G6202.6Hz，内存4G，主板中有PCI接口，可安装运动控制卡。

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。