并联式六维加速度传感器的混合解耦及误差自补偿算法

针对惯性仪器普遍存在的误差累积问题,以并联式六维加速度传感器为例,提出了一种新的解决方案。通过融合位形空间和相空间内的解耦算法,推导出关于8个Hamilton转动参量的常微分方程组以及广义加速度关于转动参量的一次多项式,共同构成了新的混合解耦算法。通过剖析混合算法的基本结构及其中间参量的影响因素,找到了产生误差累积效应的根本原因。选取角速度、角位移的方向交替点为系统的振动状态特征点,推导了特征点与Hamilton变量的映射关系,并据此定义了2个状态观测量。基于观测量的局部小值和特征阈值,给出了特征点的判据,进而构建了一种半闭环结构的误差自补偿算法。样机试验结果显示:混合算法的计算精度明显高于纯空间算法;加入误差自补偿算法后,关键参量的相轨迹得到明显收敛,且未破坏整个算法的实时性;随机扰动为±30%时,特征点的误判率、漏判率分别为2.0%和3.5%,且该指标值与扰动正相关;实验室条件下,并联式六维加速度传感器在1 min内的综合误差仅为3.05%,表明新的解决方案有效缓解了误差累积效应。     

压电式六维加速度传感器测量系统研究

针对9-SPS并联压电式六维加速发传感器的结构特点与工作原理,设计一种集多通道电荷放大器、信号采集与处理为一体的测量系统.其中电荷放大器部分根据传感器的特点对传统电荷放大器进行了改进与优化,不仅实现了电荷放大器的小型化.且其测量范围、滤波器参数及增益均可通过程序控制,实现自动测量;信号采集与处理单元采用现场可编程门阵列(FPGA)和数字信号处理器(DSP)联合架构,兼顾了速度与灵活性,为系统实现实时处理提供了保障.与传统测量系统相比,该系统具有测量精度高,体积小,成本低,使用方便及具有良好的人机交互等特点.     

抗JPEG压缩的半脆弱水印算法研究

根据Ching-YungIjn和Shih-FuChang提出的JPEG压缩过程中的两个不变性原理,本文设计了一种半脆弱水印算法,该算法满足半脆弱水印的要求。以图像自身的特征作为水印嵌入到图像中,不需要原始水印从而达到可盲检测的目的。     

并联式六维加速度传感器灵敏度特性

基于一种新提出的并联式六维加速度传感器结构,从系统的正向动力学方程出发,构建了其灵敏度的数学模型,推导出灵敏度与结构参数间的映射关系.基于ADAMS软件对传感器进行参数化建模,并以灵敏度为优化目标,将仿真数值与理论计算的结果进行对比,验证了数学模型的正确性.结果表明:线加速度灵敏度主要受质量块的质量影响,角加速度灵敏度同时受质量块质量和边长影响,而外壳尺寸与灵敏度无关,且在空间三个正交方向的线加速度灵敏度和角加速度灵敏度均满足各向同性.     

并联式六维加速度传感器的参数辨识

针对六维加速度传感器的输入、输出量较多,且其动力学方程的解耦参数难以辨识的问题,提出了“四步法”对并联式六维加速度传感器的25个解耦参数实施分组辨识.设计并加工了基于双曲柄滑块机构的标定平台,为参数辨识提供外部激励;在LabVIEW平台上开发了虚拟仪器,为参数辨识提供软件支持.在静态情况下对预处理后的采集数据求均值得到“零值漂移”,完成第一组参数辨识;将传感器安装在标定平台上做1～2 Hz的纯线性运动,使动力学模型简化成关于“刻度质量比”的线性代数方程,运用最小二乘法完成第二组参数的辨识;做1～2 Hz的纯角运动,将动力学模型简化成关于“陨性质量比”的线性代数方程,完成第三组参数的辨识;做4～5 Hz的纯线性运动,通过关于“刚度质量比”的一维搜索完成第四组参数的辨识.试验结果表明:运用辨识后的参数对六维加速度实施解耦,最大误差为7.479％,比参数辨识前的解耦误差降低了1个数量级.结果验证了基于“四步法”实现并联式六维加速度传感器的参数辨识是有效、可行的.     

Stewart衍生型并联机器人的工作空间分析

以一种新型Stewart衍生型并联机器人为研究对象,对其位置反解及工作空间进行了分析。首先,结合矢量法与旋转矩阵推导得出并联机器人位置反解的全解析表达式,并在Mathematica中构建了并联机器人虚拟样机,通过算例仿真验证了位置反解数学模型的正确性;然后,基于带杆长约束条件的全解析式位置反解,运用有限离散法,获得并联机器人在三种不同姿态下的位置工作空间和z=0 mm工作空间点云的姿态工作空间;进一步的,研究了结构参数对零姿态位置工作空间的影响趋势,总结得出适当减小并联机器人的动平台边长和增大初始杆长,能够增大位置工作空间。研究内容为Stewart衍生型并联机器人后续的奇异位形研究打下基础。     

并联式六维加速度传感器的误差及容错处理

基于解耦算法研究了并联式六维加速度传感器的误差特性和容错策略。通过引入"辅助角速度"的概念,并借助于四元数将旋转参量扩展至四维空间,得到了两个形式简单的递推公式,实现了六维加速度的完全解耦。通过剖析解耦机理,找到了影响解耦精度的3类误差源,并分析了它们的产生原因。通过构建辅助角速度误差与源误差、输出误差之间的映射关系,推导出了3组基本误差方程的解析表达式,据此揭示了各误差因素的影响规律。仿真试验与数学推导的结果吻合得较好,验证了误差方程及规律的有效性。从尺度约束的角度挖掘出弹性体拓扑构型中隐藏的变形协调条件,推导出了3个力协调方程,由此给出了一种可解决93个组合故障问题的容错处理方案。样机试验结果显示,局部支链出现故障后重构系统的综合解耦误差不超过8.5%,基本满足测量要求,验证了容错处理方案的可行性,同时也表明并联式六维加速度传感器具备一定的鲁棒性。     

一种新型可重构Stewart衍生型并联机器人的奇异位形及工作空间

设计了一种新型可重构Stewart衍生型并联机器人,并对其奇异位形及工作空间进行了分析.基于矢量代数法推导出并联机器人位置反解的全解析表达式,并通过算例验证其正确性;基于直接微分法推导出并联机器人的雅可比矩阵,进一步地,结合Gosselin法分析了该并联机器人的奇异位形;建立了并联机器人结构中球铰链和二重复合虎克铰链的转角约束方程,结合位置反解解析式并运用有限离散法,获得了并联机器人的位置工作空间和姿态工作空间.研究内容为可重构Stewart衍生型并联机器人后续的轨迹规划、机构优化研究奠定了基础.     

基于四面体构型的冗余并联机构的运动学分析

针对目前并联机构在工程应用中暴露出的灵活性差、关节误差大、运动学正解模型强非线性耦合等现状,提出一种四面体构型的新型冗余并联机构。运用螺旋理论分析机构的自由度和奇异特性,运用拓扑理论定量地给出机构的耦合特性,运用三点法推导机构的运动学正解,并通过求解约束方程的最小范数解对误差进行补偿。结果表明,该并联机构的运动学性能优越。研究结果为四面体构型的冗余并联机构的进一步稳定、实时、精确控制提供了有力的条件。