贵重易碎品运输用主动减振平台设计

发布时间：2020-07-14 18:45

【摘要】：运输贵重易碎物品时,为了防止物品被破坏,一般会采取包裹/填充泡沫等措施,当运送的物品有较多时,厚重的包装加大了被运输物品体积,在相同空间内可运送件数减少,提高了单件运输成本。此外航天、工业、军事等领域使用的高精度器件运输过程中有振动要求,普通的包裹/填充等被动减振方式无法满足这种要求,主动减振方式成为必然的发展趋势,主动减振平台主要是通过消除运输过程中带来的一定频率的振动以达到保护贵重易碎品的目的。本设计采用主/被动减振结合的方式将一定频率的振动信号进行削弱和消除。该设计主要内容包括减振系统结构设计与仿真、硬件电路设计、减振控制软件等部分。设计中还加入一些被动减振元件,以减去高频振动信号,使最终的减振平台有着较宽的频带减振特性。针对不同频段的振动,本文设计了对应的减振模组,通过振动分析软件对各个模组进行振动仿真,最终将各个模组通过串联的方式进行连接,组成了有着主/被动减振功能的平台。其中在低频段的减振结构设计中使用的是运动补偿模组,低频段的振动一般而言振动幅度较大,所以采用电机作为执行器。该模组有着四个运动自由度,包括一个平移自由度,三个旋转自由度,通过运动解算,可以实现六个自由度上的振动补偿。针对高频振动信号,本设计采用压电陶瓷作为执行器,高频减振模组可以实现三个平移自由度上的主动减振。平台电控硬件部分以STM32F103RE作为控制器件,针对不同结构的控制需求分别加入三维旋转平台电机驱动模组、步进电机光耦隔离控制模组、压电陶瓷驱动模组。软件部分的控制算法采用PID控制算法,在低频振动控制阶段,通过MPU6050姿态传感器采样获得易碎物品的姿态,控制电机旋转使其姿态稳定在一定区间内。另外对加速度传感器所采样的加速度进行二次积分,得到物品竖直方向的位移,通过控制一维丝杆滑台的运动,使物品在竖直方向上稳定在一定范围。当有高频振动信号时,采用压电陶瓷作为执行元件,控制其产生频率相同相位相反的振动信号,与要消除的振动信号相互抵消,达到主动减振的目的。压电陶瓷的控制方式是0-100V模拟电压控制,通过外部升压电路对主控DAC输出0-3.3V的电压放大30倍来控制压电陶瓷的作动距离。最终搭建了整体的主动减振实物平台,通过实验验证了该平台的减振可行性。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH703;TB535.1
【图文】：

图 3-2 一维丝杆滑台为该单自由度振动补偿的好处是该种滑滑台的执行器件是步进电机，其有着控制00 步/转，控制脉冲的输入频率最高可达达到 360 转/分。根据丝杆导轨的导程 1，所以其振动频率响应范围是 0-10Hz，满结构 3 个旋转自由度，在结构设计上，每个盘式电机的原因是其有着噪音低、体积小带来的二次振动，这样就避免了本来是外它的体积小力矩大，不需要加减速箱，式电机是对旋转自由度进行振动补偿的最

图 3-3 三维旋转减振结构结构设计采用的是软式主动减振的方法，即通过主被该整体减振平台采用分层式的减振结构，结构动减振的方法进行振动消除。另外因为一维定的振动，所以有必要在最终放置物品的平行消除。接下来就对这两种中频段的主动减减振模组的执行器件都是压电陶瓷。减振模组模组中采用橡胶作为被动减振材料，压电陶体积很小且没有固定孔，所以他无法承受拉力了压电陶瓷特有的固定方式，既可以达到减振全作用到减振上面去。其基本结构如图 3-4 所

图 3-3 三维旋转减振结构计是软式主动减振的方法，即通减振平台采用分层式的减振结构的方法进行振动消除。另外因动，所以有必要在最终放置物。接下来就对这两种中频段的组的执行器件都是压电陶瓷。组采用橡胶作为被动减振材料，小且没有固定孔，所以他无法承陶瓷特有的固定方式，既可以达到减振上面去。其基本结构如

【参考文献】

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本文编号：2755346