【摘 要】
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精密球铰链是实现三自由度回转运动的球面副,广泛应用于机器人、机床、汽车底盘、高端医疗器械、航空航天装备、海洋工程装备及船舶等领域。为了实现精密球铰链三维回转方向辨识和回转角度的测量,解决球铰链难以实时得知自身运动状态和回转位姿的问题,提出了一种基于伪随机编码策略的新型测量方案,实现了空间三自由度回转角度的测量。其基本原理是按照伪随机编码的原理,在球头上设计立体编码,用电涡流传感器阵列识别编码,探头
【基金项目】
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国家自然科学基金项目:“基于球面磁场编码的空间回转角度辨识原理及关键技术研究”的后续研究,项目批准号为:51475133；
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精密球铰链是实现三自由度回转运动的球面副,广泛应用于机器人、机床、汽车底盘、高端医疗器械、航空航天装备、海洋工程装备及船舶等领域。为了实现精密球铰链三维回转方向辨识和回转角度的测量,解决球铰链难以实时得知自身运动状态和回转位姿的问题,提出了一种基于伪随机编码策略的新型测量方案,实现了空间三自由度回转角度的测量。其基本原理是按照伪随机编码的原理,在球头上设计立体编码,用电涡流传感器阵列识别编码,探头扫过球头时,获得与球头形貌特征对应的连续变化的输出信号,通过神经网络算法建立传感器输出信号组合与球铰链回转角度之间的模型关系,实现球铰链回转方向辨识和回转角度测量。前期课题组采用电涡流法实现了球头二维回转精度的测量,但分辨率和精度偏低,不能满足精密工程领域的实际需要。本课题是在此基础上的提升、拓展和新的尝试。针对现有电涡流法存在的不足和局限,本课题在以下几个方面开展了比较深入的研究:基于伪随机编码原理在球头设计并实现三维立体编码,通过球面图案的尺寸及沟槽深度的合理配置保证了球头上任意位置立体编码的唯一性,从而形成绝对编码;利用仿真分析和实验测试确定传感器和球头表面形貌特征的最佳匹配方式;对回转角度算法模型进行优化,重新构建电涡流传感器测量值与球铰链回转角度值之间的拟合关系;重新设计并研制三自由度回转角度标定装置,增加了原样机绕球铰杆自身回转角度的测量,实现了三维回转角度的测量。实验测试表明,单轴测量时,绕三个轴的回转角a,b,c的测量均方差为分别为2′34″、6′47″、12′44″;三轴组合测量时,a,b,c的测量均方差为分别为22′32″、25′58″、30′17″。
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