利用加速度计和角速度仪的笔杆运动姿态检测

在笔杆上安装加速度和角速度传感器测量笔杆的运动姿态时,由于两种传感器的性质不同,再经过运算处理后,对测量结果精度的作用也不同.为此,本文利用3种卡尔曼滤波观测模型,分析比较了只利用加速度传感器、只利用角速度传感器以及同时利用加速度和角速度传感器数据3种情况下估计笔杆运动姿态的结果及特点.实验表明,角速度传感器可以较准确地确定角速度,但角度累计误差较大;加速度传感器的静态分量可以较准确地确定姿态角度,但对角度变化不灵敏,两者结合起来可以互相弥补欠缺,有利于笔杆的运动姿态检测.     

采煤机截割高度测量模型与测量误差分析

采煤机截割高度的测量及其误差分析是实现综采工作面自动化的一项重要研究内容。本文针对机身姿态传感器和摇臂摆角传感器测量方案、机身姿态传感器和调高油缸位移传感器测量方案,分别建立了采煤机截割高度测量模型。利用函数误差公式,推导了测量误差模型。以MG1000/2660-WD型采煤机为例,分析了截割高度测量误差分别随俯仰角、摇臂摆角和调高油缸位移的变化规律,得到了两种测量方案截割高度测量误差的最大值的位置。根据算例分析的结果可知,摇臂摆角传感器和调高油缸位移传感器的精度对测量误差的影响较小,机身姿态传感器的精度将决定截割高度测量误差的大小。最后,以采煤机截割高度测量误差小于5 cm为例进行分析,得出两种测量方案下各传感器的精度要求:摇臂摆角传感器精度为0.022°和机身姿态传感器的俯仰角最大动态误差小于0.16°(1 h内),调高油缸位移传感器精度为1 mm和机身姿态传感器的俯仰角最大动态误差小于0.14°(1 h内)。     

小型飞行器MEMS姿态测量系统

针对目前可获得的微机电系统(micro electromechanical system,简称MEMS)惯性测量元件,提出一种用于小型飞行器的姿态测量系统实现方案,采用三轴加速度计和单轴速率陀螺构建系统,可满足飞行器加速度小于6g、角速度小于±300(°)/s的姿态测量需求。根据所选MEMS惯性传感器的特点,给出传感器的测试方案和测试结果,利用加速度计测量信息直接修正方向余弦矩阵来抑制姿态角的误差积累,并进行姿态测量试验。试验结果表明:系统以100Hz的频率更新姿态测量值,在满足姿态矩阵修正阈值的条件下,姿态测量误差小于1(°)。     

飞机壁板自动制孔法向测量算法研究

为满足飞机壁板自动化制孔对孔垂直度的工艺要求,需实时测量待制孔点的法向量并调整末端执行器姿态。为校正法向计算模型中的光源位置和激光发射方向等关键参数,有效消除由于激光位移传感器安装误差对法向计算的影响,提出了一种实用的激光位移传感器标定算法。利用四个激光位移传感器同时测量已知平面,标定其零点位置和姿态参数。通过标定实验并利用标定结果进行法向测量实验,验证了算法的可行性。将标定算法应用于工程实际,可降低对激光位移传感器的定位精度要求并提高法向测量的准确性。     

变耦型时栅传感器及测头姿态对测量误差的影响

根据时栅传感器的测量原理,提出一种采用高频时钟脉冲作为测量基准的变耦型时栅位移传感器以提高位移测量的精度。该传感器通过改变激励线圈和感应线圈的耦合状态输出感应位移变化的行波信号来实现精密位移测量。进行了建模和仿真,研究了不同测头姿态下传感器的位移误差特性,并对其进行了谐波分析,得到了不同测头姿态对位移测量误差各次谐波的影响规律。根据传感器模型制作了传感器并开展了验证实验。仿真和实验结果均表明:不同测头姿态对位移测量误差的影响主要体现在对测量误差的1次、2次和4次谐波上,且俯仰姿态引入的附加误差最大,其余测头姿态下引入的位移测量附加误差均较小。若保证较佳的测头姿态,传感器在定尺和动测头间气隙厚度为0.3mm时的原始误差约为±18μm。实验分析结果与仿真结果基本一致。     

基于姿态传感器的检测平台设计

针对姿态传感器应用在自行火炮的高精度和高可靠性要求,利用Auto CAD软件和Solid Works软件对平台组成结构和相关零件进行设计、建模与装配。对整体进行完整的分析,证明检测平台机械结构设计的合理性。利用AT89C52单片机为核心控制芯片,编码器为核心检测元件电路设计方案;运用Altium Designer10画图软件完成平台系统整体硬件电路原理图的设计,实现姿态传感器测量值与编码器输出信号的采集、转换和显示,实现对姿态传感器高精度检测。     

基于精密零件机器人视觉测量系统的目标自动对准方法研究

线结构光传感器与被测特征圆孔处于最佳工作距离及最适姿态时,才能实现较高精度的孔心空间三维坐标测量,现阶段在不增加辅助设备,仅依靠传感器本身,没有有效办法实现线结构光传感器最佳测量位置及姿态的调整,所以本文提出一种基于圆孔边缘图像清晰度的自动姿态对正方法。在传感器姿态对正被测特征孔后,台阶面上两孔孔心距的测量误差<0.1mm,验证了本文方法的有效性。     

测量飞机油箱油量方法的研究

文中针对飞机上采用线性电容传感器测量复杂形状油箱中的油量问题,建立了复杂形状的规则油箱和不规则油箱的数学模型,从理论上详细地分析了电容式传感器测量燃油时产生的姿态误差,提出计算姿态误差的方法及减小姿态误差的修正方法,最后提出了在姿态误差最小的准则下确定传感器的最佳安装位置.该研究对提高油量测量系统的精度具有重要的意义.     

基于Kalman滤波算法的姿态传感器运动补偿方法研究

为了消除姿态传感器在检测过程中可能会出现随着运动加速度的变化而产生测量误差的现象,提出了基于Kalman滤波算法的姿态传感器加速度补偿方法。详细介绍了传感器工作原理以及运动状态下的误差分析及补偿。该方法通过将姿态传感器在运动过程中出现的角速度进行误差处理,建立传感器运动线性方程,在此基础上,采用Kalman滤波算法,通过对传感器测量输入的姿态角进行修正,从而达到姿态角准确测量的目的。通过实验数据及仿真分析表明,经过Kalman滤波算法对姿态传感器的运动进行误差补偿后的运动特性输出精度,相比补偿前有了很明显的提高,达到所需精度要求。     

双轴倾角传感器姿态角测量的建模与标定

根据双轴倾角传感器的测量原理,建立了姿态角的测量模型。针对该测量模型,分别研究了无误差和误差下的姿态角的求解模型,并通过坐标变换算法,建立了含误差项的姿态角的求解模型。针对该模型的误差项,讨论了双轴倾角传感器姿态角测量的标定算法。在±4°范围内,通过实验对该标定算法进行了验证。实验结果表明,经修正,双轴倾角传感器的双轴标定精度由修正前的0.118°提高到0.012 46°,该标定算法使双轴倾角传感器的标定误差减小了一个数量级。该标定算法简单、快速,可以满足诸多场合对于姿态角测量的0.03°标定精度要求。