Force/Moment Isotropy of 8/4-4 Parallel Six-Axis Force Sensor Based on Performance Atlases

A six-axis force sensor with parallel 8/4-4 structure is introduced and its measurement principle is analyzed.Based on condition numbers of Jacobian matrix spectral norm of the sensor,the relationship between the force and moment isotropy and some structural parameters is deduced.Orthogonal test methods are used to determine the degree of primary and secondary factors that have significant effect on sensor characteristics.Furthermore,the relationship between each performance index and the structural parameters of the sensor is analyzed by the method of the atlas,which lays a foundation for structural optimization design of the force sensor.

Rapid Evaluation for Feed-axis Lubrication Condition Based on Soft Sensor

Stribeck effect is regarded as the most important feed-axis friction characteristics. According to the relationship between friction and lubrication,a rapid technology for feed-axis lubrication condition evaluation of computer numerical control( CNC) machine tools based on soft sensor is proposed. To obtain its state information,the static friction force,Coulomb friction force,and viscous coefficient are used as the key parameters of the soft sensor for tread analysis. Then the various amplitude and velocity triangular wave test curve, and a precise nonlinear model identification method are presented. The results of the experiments analysis show that this method is feasible and reliable for evaluating feed-axis lubrication condition,which lays the foundation for on-line condition monitoring and reliability evaluation for feed-axis lubrication of machine tools.

ROBOT'S MOTION ERROR AND ONLINE COMPENSATION BASED ON FORCE SENSOR

Robot＇s dynamic motion error and on-line compensation based on multi-axis force sensor are dealt with.It is revealed that the reasons of the error are formed and the relations of the error are delivered.A motion equation of robot＇s termination with the error is established,and then,an error matrix and an error compensation matrix of the motion equation are also defined.An on-line error＇s compensation method is put forward to decrease the displacement error,which is a degree of millimeter,shown by the result of simulation of PUMA562 robot.

一种双L型梁电容式六维力传感器设计

为设计一款高性能电容式六维力传感器,结合T型梁和十字型双直梁的优点,构建了一种双L型结构弹性梁,传感器转换元件采用差动结构平行极板电容器以降低传感器的测量误差,以转换矩阵的条件数为目标函数,应用粒子群算法与有限元仿真相结合的方法对该传感器的结构参数进行优化设计,得到最优结构参数后进行仿真,结果显示该构型的电容式六维力传感器仿真精度为0.4258%。最后对该传感器进行加工与标定实验,结果显示该传感器的实验精度达到0.6376%。

球体质量块型六维加速度传感器的最大工作频率

工作频带是加速度传感器的重要性能指标之一,但六维加速度传感器的最大工作频率目前尚不明确。鉴于此,分别以实心球体质量块型和空心球体质量块型六维加速度传感器为研究对象,构建了系统最大工作频率的数学模型。首先,通过虚拟实验,获得了传感器基频及最大工作频率与质量块直径和支链刚度之间的数据对。接着,分别绘制了基频和最大工作频率的性能图谱,并运用多元线性回归理论拟合了数据对。最后,运用线性包络原理建立了2个频率之间的映射关系。结果表明,最大工作频率始终介于基频的1/35~1/30区间内。

低轴间耦合的三维电场传感器

使用正交排列的电容式传感单元的三维电场传感器(Three-dimensional electric field sensor,3D EFS)测量空间电场时,轴间耦合效应会严重影响EFS的测量精度。为此,提出了一种电场屏蔽电极,以降低3D EFS的轴间耦合效应,提高测量精度。首先,利用多物理场仿真软件构建电场分布模型。其次,根据仿真结果建立带屏蔽电极的3D EFS电容式传感单元的屏蔽电极模型。最后,建立任意角度的测试平台,将带有屏蔽电极的3D EFS和无屏蔽电极的3D EFS进行实验对比。结果显示,有屏蔽电极的3D EFS的测量偏差在3.2%以内,比无屏蔽电极的3D EFS的测量偏差减少12%。因此,所设计的基于电场屏蔽结构的3D EFS可以使解耦矩阵更加可靠,有效降低空间电场测量偏差。

基于ADAMS二次开发的六维加速度感知机构的性能优化

构建了六维加速度感知机构的二次开发系统,可实现不同构型和不同尺寸间的转换。给出了基频和灵敏度的计算结果,并以灵敏度为主要性能指标,提出了9-3、12-6和6-6构型的一种参数优化方法。结果显示:6-6构型的线加速度灵敏度和角加速度灵敏度分别提升了2.4倍和4.1倍;9-3构型、12-6构型的线加速度灵敏度均提升了2.4倍,角加速度灵敏度均提升了3.6倍。

基于数字检测的磁通门电流传感器

传统的自激式磁通门电流传感器通常基于平均电流法测量电流,结构复杂且测量带宽和响应时间均受滤波器截止频率的限制。文中基于占空比采样的数字检测法设计了一款面向复杂漏电流测量的传感器,使用单片机直接测量激磁信号占空比,并通过数字算法完成信号的解调与处理。文中的传感器采用开环设计,节省了滤波电路与AD转换器,降低了成本。实验表明:该传感器的带宽和响应时间性能均优于基于平均电流法的传感器。

双轴倾角传感器离轴倾斜测量的误差校正

二维摆动台常由离轴布局的两个一维摆动台组成。双轴倾角传感器用于二维摆动台倾斜测量时,难以避免出现传感器安装误差。同时,离轴布局的摆动台存在二维转轴间的角度耦合,即底层摆动台倾斜会造成上方摆动台的角度测量偏差。首先,对上述二维离轴倾斜系统的角度误差进行了分析和建模,将误差分类为近似线性误差和非线性误差。线性误差包括竖直和水平方向的倾角传感器安装误差。非线性误差则仅由摆动台离轴布局造成。随后,联合线性单应矩阵和非线性离轴倾角模型,提出了针对两类误差的校正方法,并制定了自动校正流程。最后,为了检验所提方法的校正精度,在±12°范围内进行了离轴角度调控实验。实验结果表明,二维摆动台倾斜角度测量精度由校正前的0.559°和-0.216°提高到了0.025°和0.013°,使角度误差减小了一个数量级。此外,为了进一步验证所提方法的有效性,与两种现有方法进行了对比实验。实验结果表明所提方法在校正精度和操作简易性方面均优于其他两种方法,证明了本文误差校正模型具有较高的完备性。

星敏感器热稳定性地面验证技术

受空间复杂热环境影响,星敏感器姿态测量结果存在轨道周期的光轴热漂移低频误差,因此需对星敏感器进行热设计并进行热稳定性试验验证。文章提出星敏感器热稳定性试验总体方案,并建立热稳定性试验系统;依据航天器真空热环境试验规范,提出星敏感器热稳定性试验判据与条件;针对试验系统误差提出控制方法并针对某型星敏感器开展热稳定性试验,结果表明星敏感器光轴热漂移量为0.114(″)/℃,满足设计指标要求。试验验证了该星敏感器热设计的有效性。

仿蜂鸟倾斜悬停的四旋翼系统设计

为了提高常规四旋翼的灵活性,模仿蜂鸟在空中倾斜身体悬停的特点,对一种改进后的轴可动四旋翼进行系统设计与验证。首先,在四旋翼的每个机臂上增加由舵机驱动的倾转装置,使得旋翼可以灵活地改变朝向,建立平台的六自由度模型;接着结合视觉传感器测量飞行平台的位姿,基于串级PID控制和线性的控制分配方法,基于嵌入式平台进行实物实验。结果表明,飞行器实现了静止在空中某一位置倾斜姿态,具有更高的灵活性。

基于倾角检测仪的水平井定向桥射联作技术

在定向桥射联作施工中,当射孔枪泵送至井下水平段射孔位置后,利用现有技术手段无法检测射孔弹发射口的朝向。通过研制倾角检测仪和全集成定向射孔装置,将选发控制芯片和三轴加速度传感器集成于一体,设计控制电路实现分簇射孔的起爆控制,实时测量射孔弹的方向并上传至地面选发控制系统;当检测到射孔弹方向不正确时,拖动枪串重新泵送使弹架旋转并重新定向,如果射孔弹方向仍不正确,则起出工具串整改后再施工。该技术使得接头与弹架触点连接无需接线,缩短了施工时间,方向测量角度偏差≤2.00°。在F196-XP34井现场应用11段,成功率100%。该技术可应用于所有水平井定向桥射联作,尤其适用于套管外避光纤的射孔工艺,具有较大的推广应用价值。

CM-1卫星星敏感器在轨测量精度初步评价

星敏感器是目前主流的高精度姿态测量仪器,在轨运行期间星敏感器会产生系统误差、高频误差和低频误差。文章进行了陆地生态系统碳监测卫星(CM-1卫星)星敏感器系统误差与高频误差的计算,分析了星敏1a与1b的光轴夹角误差与卫星星下点纬度的变化规律,基于傅里叶变换对光轴夹角低频误差进行建模,并以此来反映两星敏感器的低频误差。在轨数据表明,星敏1a旋转至星敏1b以及星敏1a旋转至2的系统误差分别为(6.906′,-12.569′,-1.552′)和(-4.540′,-27.199′,13.522′)。星敏数据中精度最高的是星敏1a/1b融合数据,三轴误差分别为0.505″、0.633″和0.800″。同组的星敏1a和1b精度类似,星敏1a三轴误差分别为0.990″、0.981″和16.731″,星敏2a三轴误差分别为0.888″、1.022″和15.156″。星敏2精度稍差,三轴误差分别为2.061″、2.382″和27.231″;星敏1a与1b光轴夹角误差(3σ)为2.50″,光轴夹角低频和高频误差分别为2.046″和1.470″。在相邻轨道星下点纬度相同时光轴夹角误差基本相同。

并联式六维加速度感知机构动力学模型的失效情况研究

以三种典型的并联式六维加速度感知机构为例,剖析动力学模型失效时的情况,并揭示失效机理。首先,通过计算机构雅可比矩阵的秩,挖掘动力学方程失效的第1种原因——奇异位形。其次,通过分析机构的工作频带,挖掘动力学方程失效的第2种原因——基频共振。然后,通过分析机构支链出现故障时的输入输出关系,挖掘动力学方程失效的第3种原因——支链故障。最后,开展了虚拟样机实验。研究表明,六维加速度感知机构在实际工作时,应避开以上3种情况。

小江断裂带南端密集综合台阵建设及运行

依托国家重点计划研发项目“新型便携式地震监测设备研发”,在小江断裂带南端(滇南玉溪地区、红河州地区)布设密集综合台阵,共计配置110套小型化磁通门传感器、电磁波传感器和温度压力传感器。参照国家与地震行业相关标准、规范及技术规程,对台阵仪器运行质量进行评估。结果表明,大部分站点观测仪器运行指标能够达到质量评估技术规范要求,可满足综合台阵长期连续观测要求。该成果可为区域密集台阵建设及相关应用研究提供借鉴。

磁通门电子学中的噪声分析与抑制

针对磁通门传感器电子学单元中存在的噪声信号干扰问题,分析了磁通门激励电路中存在的功率器件MOSFET在方波开关信号频率下开通和关断时,引入与检测目标频率相关的噪声信号通过电源地层串扰对感应和反馈信号产生的影响,并提出了一种新型的噪声滤波电路以降低噪声水平。通过电路仿真结果及该降噪电路的实际应用测试结果表明:噪声幅值水平明显降低,该滤波电路能够对噪声信号起到明显的抑制作用,且在感应、反馈信号中与激励频率相关的谐波噪声得到了有效滤除,与高性能磁通门磁测数据相似度由原来的0.918提升至0.986,验证了该降噪电路对磁通门传感器整体磁测水平的提高效果。

便捷式家用投影仪梯形几何校正系统的设计

针对家用投影仪没有正对成像平面而引发梯形畸变成像问题,设计一款基于DToF测距传感器模块、三轴加速度传感器模块和图像变换的便捷式梯形几何校正系统,实现无须人工干预的梯形畸变画面自动修正。同时引入基于顶点预标定的最大内接矩形算法,辅助畸变校正画面实现面积最大化和长宽比例不失真。实验结果表明,该系统能以低廉的硬件成本、便捷的操作方式完成投影仪在复杂空间姿态下梯形畸变成像的修正工作,增强观影舒适度。

复合梁结构小型六维力传感器的优化设计

文中设计了一种三横梁与三竖梁复合的六维力传感器弹性体结构,使其外径缩小至40 mm,整个传感器装配完成后外径为45 mm。首先基于有限元技术分析了其在各种载荷条件下的应变分布,根据应变分布特性,设计了传感器的惠斯登电桥方案,推导了每个方向的输出电压公式。在此基础上,基于Box-Behnken响应面法开展弹性体结构的优化,以弹性体上应变片贴片位置的平均应变作为优化目标,通过多目标遗传算法得到最优设计参数,F_(x)、F_(y)、F_(z)、M_(x)、M_(y)、M_(z) 6个方向的平均应变分别是优化前的1.5833、1.5632、1.7338、1.5113、1.5109、2.171倍。进行样机制作,完成标定实验,使用最小二乘法求得解耦矩阵,通过解耦矩阵求得传感器的Ι类误差分别为0.18%、0.42%、0.41%、0.05%、0.49%、0.6%,ΙΙ类误差最大值为1.665%,精度高,维间耦合小,验证了该结构的可行性。

基于时间差型磁通门的电流传感器抗干扰研究

在漏电流检测领域,需特别关注小电流检测的灵敏度,此时外界干扰对小电流检测的影响不能忽视。针对漏电流检测领域要求,文章对时间差型磁通门电流传感器进行了理论推导,分析了影响传感器性能的因素和抗干扰性能的影响因素,得到了传感器设计参数、不均匀因素与抗干扰性能的定量关系。研究结果表明,可通过调节电路参数改变传感器灵敏度等性能,尽量使线圈均匀,增大激励电压与回路电阻之比,提升抗干扰性能,为自激振荡时间差磁通门电流传感器的优化设计提供理论依据。

新型反射式双面光伏板对日跟踪装置设计

文章设计了一种基于新型光敏传感器和改进型PSO算法的双面光伏组件对日跟踪装置,该装置可从太阳能吸收最大化和功率输出最大化两个方面实现光电转化效率的提升。结合反射器和正、反面传感器暗盒采集的光敏信号,以STM32单片机及其外围电路为主控单元,采用低频唤醒和无线通信技术,可实现低功耗下双面光伏板的双精度双轴跟踪和信息采集;通过研究双面光伏板的电路模型和输出特性,采用改进型粒子群算法进行多峰值情况下最大功率点的追踪。试验证明,设计实现的装置光伏跟踪效果理想,双轴跟踪误差在1.59°以内,实现了快速、有效的最大功率输出。