基于自适应极值的白光干涉信号解调算法研究

针对传统时域解调算法等光程点定位稳定性差、抗干扰能力弱,而频域解调算法效率低且部分方法受扫描采样步长限制等问题,课题组提出一种基于自适应极值的白光干涉解调算法。从干涉信号统计学规律出发,通过对干涉信号包络曲线加权平均,将它修正为高斯型包络曲线;然后,通过对包络曲线高斯拟合插值得到等光程点,进而得到测量方向的深度信息以及三维形貌;最后,以高度为20μm标准台阶样块为测量对象进行多次实验。结果表明:与传统算法相比,课题组所提出算法的测量重复性和精度均有显著提升。该算法为白光干涉中信号解调提供了一种重复性更好、误差更小的方法。

激光跟踪仪测量系统主动靶球装置设计及测试

针对目前激光跟踪仪测量工作中靶球容易断光、需要人工引导激光的问题,课题组设计出了一种能够自动对光的主动激光靶球(spherically mounted retroreflector,SMR)装置。基于STM32系列单片机实现了控制电路的设计,通过实时检测跟踪仪的转角以及靶球自身的自转角度,能够准确计算出靶球收光口与跟踪仪出射激光之间的偏角,进而控制步进电机带动靶球作相应的旋转实现对光;将主动靶球装置安装在4足机器人上进行了性能测试。研究结果表明使用该主动靶球装置可以有效减少激光跟踪仪断光次数,提高了跟踪仪在机器人在线检测等领域的测量效率,具有良好的实用性。

基于压电效应的道路振动能量俘获系统研究

针对目前车辆振动能量回收率较低的问题,为探究路面振动能量俘获技术,笔者对基于压电效应的道路振动能量俘获系统进行了研究。设计并搭建了能量俘获模拟系统,并进行了测试。首先,基于PZT-5H系列压电陶瓷设计了压电振子,并对影响压电振子能量转化效率的振动模态及支撑方式进行分析及设计;然后,对整流电路、稳压电路及储能电路进行了分析,并基于集成芯片LTC3588-1设计了外围电路,通过引脚选择3.3 V的输出电压并将其输出的电能储存在超级电容中;最后,利用激振器搭建了道路振动能量俘获模拟系统对压电振子进行了测试。LED灯的模拟负载电路验证了该能量俘获系统的可行性;激振器载荷加载试验结果表明该能量俘获系统的能量转换效率约为0.5%。

用于低相干干涉测量系统的多通道数字与模拟信号同步采集方法研究

在现代工程领域中,模拟信号和数字信号同步采集的重要性变得越来越显著。同步采集这两种类型的信号可以提高数据采集和处理的准确性、可靠性,并避免数据延迟、抖动等问题,尤其对于一些特定应用场景具有极高的必要性。为了适应低相干干涉测量系统中多类型多路信号的同步采集与处理需求,基于已有的数据采集仪,设计并制作了数字信号调理板,并通过实验验证了数字信号与模拟信号的同步采集情况。实验结果表明:所设计的系统不仅可以实现两种信号的高速同步采集,而且系统整体位移采集的精度很高:电动位移台在0~70 mm行程内,系统测量值与干涉仪测量值最大误差为2.52μm;压电位移台在0~320μm内,系统测量值与干涉仪测量值最大误差仅为0.54μm。

基于LabVIEW的白光干涉测量系统算法开发及软件设计

为全面实现白光干涉测量系统的搭建及应用,在硬件结构的基础上对软件系统进行了设计和开发。以LabVIEW图形化编程语言为开发工具,分别通过.NET控件、ActiveX控件与运动控制器和数据采集仪建立通信,实现对5个运动轴的协调控制及数据的实时采集及分析处理。最后通过对标准环规的测试,验证了此软件不仅能精确高效地完成白光干涉测量系统的测试任务,其所输出的点云数据还可以进一步处理获得直径、圆柱度等形位公差信息。

基于驱动谱迭代修正算法的三轴随机振动控制研究

经典的矩阵微分多输入多输出随机振动控制算法需要进行矩阵分解或矩阵微分等运算,计算复杂,不利于实时应用。针对一类低相干系数的多轴随机振动试验场景,利用牛顿法推导激励谱迭代方程,提出一种驱动谱迭代修正算法,简化了控制计算量,提高控制实时性。对算法收敛性和增益因子进行理论分析,并利用数值仿真在对算法进行验证。最后,利用三轴向振动台与集成该算法的多输入多输出振动控制器进行三轴向振动试验研究,结果表明:基于牛顿迭代法的驱动谱迭代修正算法在多输入多输出随机振动试验对功率谱控制试验中取得了良好的控制精度,满足工程应用需求。

工业六轴机器人末端抖动的研究

为研究某新型工业六轴机器人在运动过程中产生的剧烈抖动问题,对机器人末端的抖动特性进行分析。基于激励-本体-末端的振动传递模型,提出了适用于工业六轴机器人运动时末端抖动分析测试的方案。该方案通过将振动实验测试、单轴工作振动实验测试和机器人本体固有频率测试相结合,可有效分析出机器人运动中末端抖动的影响因素,提高机器人工作中的运行精度。

工业机器人重载下关节变形补偿

传统校准方法只能辨识空载工况下机器人杆件及关节误差,当机器人在大负载工况下由于变形会导致末端精度显著下降。提出了大负载机器人在重载条件下关节变形的模型,通过激光跟踪仪测量辨识机器人关节刚度系数,并优化控制律设计。该方法基于指数积(POE)模型和微分误差模型,在空载工况下计算出结构参数,零位误差,将补偿结果写回机器人控制器;在满载条件下基于之前的坐标准直,辨识机器人关节刚度系数,完成校准过程。本算法在新松、埃斯顿等多家机器人公司的产品上进行了验证。结果表明:该校准方法能够使大负载机器人在重载工况下的绝对定位精度与空载工况下接近。

基于视觉传感的医疗服务机器人位姿精度测试系统的研制

针对用于室内环境的医疗服务类机器人,提出了一种基于多目视觉传感对其工作面进行位姿精度测试的方法。该方法采用多目视觉传感器测量固定在服务机器人工作面上的靶标,通过非线性最小二乘法对测量坐标系与机器人基坐标系进行对齐,并融合多目图像数据来实现工作面位姿精度测试。最后,将该视觉测试方案在型号为ABIR X8的医疗服务机器人上进行试验验证,依据GB/T 38124 《服务机器人性能测试方法》给出项目和精度指标。该视觉测试系统和方法满足国家标准规定的各项要求。

串联型工业机器人末端抖动分析测试方法研究

精度是衡量工业机器人性能的重要指标,而工业机器人末端的抖动是影响机器人定位及轨迹精度的关键因素。因此,减小机器人末端的抖动对提高其精度具有重要意义。文章针对该问题,对串联型工业机器人末端抖动分析测试方法进行研究。首先通过力锤激振法测量机器人的固有频率;其次测量机器人全关节综合运动时末端抖动数据;最后测量机器人各关节单独运动时抖动数据,分析机器人抖动来源,并结合分析结果提出了减小机器人抖动的建议。