全向AGV的优化互补滤波姿态解算

针对单一的MEMS陀螺仪无法解决本身的易发散和磁力计易受磁场干扰导致引入新的噪声,而带来的姿态估计不精确的问题,提出了一种基于全向AGV的优化互补滤波的姿态解算方法.偏航角不参与四元数解算,在水平姿态角四元数解算的基础上,利用共轭梯度法减小陀螺仪的漂移误差.再引进经过椭球修正后的磁力计数据作为观测量,与偏航角进行一阶互补滤波融合,并确定加权因子.搭建了基于STM32和MEMS传感器为核心的全向AGV实验平台,实验结果表明,该方法能有效抑制陀螺仪易发散和磁力计易受干扰的问题,提高姿态解算的精确性,使姿态解算具有良好的动态和静态性能,同时保证了系统的稳定性.     

基于激光多普勒技术的三维扫描测振研究

振动测量是现代工程技术中重要的检测和分析手段,振动测量的设备从接触式发展到非接触式,从单点测量发展到面扫描测量、三维方向振动测量,进而提出了三维扫描振动测量。提出一种三维扫描振动测量的方法及系统解决方案。该系统由3台单点LDV、3套振镜、2套视频采集系统组成。通过视频采集系统和振镜马达可闭环控制激光光点在前方被测表面的扫描,扫描过程中3套单维激光测振仪的光束聚集于一点,实现某点的三维振动精密测量,控制振镜马达的转动,可扫描整个面上的三维振动信息。     

传感气体的一个新方法：利用光栅上表面等离子体谐振现象

利用表面等离子体谐振现象,传感介电常数的微小变化。这项技术的原理是基于在弱信号的背景上测量谐振的最大值,改善了弱信号给出的信噪比高于以前报导过的表面等离子体技术。在银的表面上,传感压缩的几种有机蒸汽用于证明此项技术的有效性。     

基于六轴串联机械手的双向反射分布函数测量装置

由于现有的双向反射分布函数(BRDF)测量装置多为3轴系统,不能完全实现样品表面以上2π空间的全角度BRDF测量,本文研制了新型BRDF测量装置。该新型装置采用高精密六轴串联机械手作为待测目标的定位机构,使待测目标在测点进行三维转动;采用竖转台作为探测器探头的定位机构,使探头指向绕测点进行一维转动,从而形成4维转动以构建BRDF测量所需的4角几何关系。研制的装置可测量的入射和反射光束角度为:方位角0~360°、天顶角0~70°;光谱可扫描区350~2 500nm。BRDF测量过程由测控软件控制,可高精度、无遮挡、全自动、快速地构建BRDF测量几何关系,一次待测目标和探测器定位以及光谱扫描、传输、显示、存储平均用时约8s,测量不确定度优于2.5%(k=2)。     

石英音叉扫描探针显微镜

石英音叉是一种谐振频率稳定、品质因数高的时基器件,其音叉臂的谐振参数(谐振振幅和谐振频率)对微力极其敏感。利用石英音叉对外力的敏感性,与钨探针结合,构成一种新型的表面形貌扫描测头。该测头与xyz压电工作台结合,利用测头音叉臂谐振频率对扫描微力的敏感性,研制基于相位反馈控制的扫描探针显微镜。首先介绍石英音叉测头的构成、工作原理和特性测试,以及由该测头构建的扫描探针显微镜的结构和测试、分析。通过对测头和系统的测试结果分析,系统达到1.2 nm的垂直分辨率,并通过对一维栅的测量,给出扫描获得的试样表面微观形貌图以及相位图,证明系统的有效性。另外,由于采用大长径比的钨探针,该系统具有测量大深宽比微器件表面轮廓的能力。     

一种新型的全光纤速度干涉仪实验研究

全光纤可测量任意反射面的速度干涉仪,对强动载下的界面运动速度测量具有重要意义.基于传统光纤速度干涉仪的特点,设计了一种新型全光纤速度测量系统.该系统不仅能消除延迟线圈的分布式相位调制噪声,还能得到高条纹对比度的干涉信号.采用偏振分束器替代耦合器,应用琼斯矩阵法分析推导了偏振分束器能够消除系统中的非相干光束原理.振动台表面速度测量的实验结果表明,该系统能得到89.1％条纹对比度的干涉信号,大幅提高系统信号噪声比,并且相比Levin结构的传统干涉仪能抑制延迟光纤线圈的相位噪声超过30 dB.     

全场视觉自扫描测量系统

为了适应对大型工件的快速精确测量,提出一种由CCD摄像机、振镜和激光线投射器组成的全场视觉扫描测量系统,通过振镜的转动改变线结构光光平面角度来实现对摄像机视场内被测物体的自扫描测量。利用平面网格靶标和基于交比不变原理的径向排列约束(RAC)两步方法实现对摄像机的标定,根据振镜的旋转角度以及光平面在靶面上的交线确定光平面的方位,从而根据摄像机模型和CCD二维图像可获得光平面上的三维数据。试验结果证明,这种方法具有较高的测量精度,能较清晰地测量大型工件上的主要特征,同时具有便携性,便于生产现场使用。     

微半球谐振陀螺角速度解算优化与噪声抑制方法研究北大核心CSCD

由于微半球谐振陀螺在常规角度解算方法下角度信号会发生突变,导致角速度信号存在周跳现象,针对这一现象,采用一种基于偏导法的角速度解算方法消除跳点,并通过仿真和实验进行了验证。由于硬件噪声以及差分输出等因素,陀螺输出角速度信号噪声较大,针对这一问题,利用自抗扰控制算法抑制噪声,从理论上分析了降噪算法的可行性,并通过仿真和实验进行了验证。设计相应的测控电路进行性能测试,实验结果显示,使用偏导法进行角速度解算消除了原始信号中的跳点现象,使用自抗扰控制算法明显降低了角速度信号的噪声,改进后的零偏稳定性提高了25.63%,角度随机游走降低了83.89%。     

基于相位反馈控制的压电微音叉扫描探针显微镜

压电微音叉具有谐振频率稳定、品质因数高和易于实现音叉臂的振动检测等优点。利用微音叉的这些特性,将其与钨探针结合,构成了压电微音叉扫描探针显微镜(SPM)测头,可实现对微观表面的测量。该测头扫描时,压电微音叉的谐振频率被试样表面原子和钨探针尖端原子间的作用力调制。探针的谐振状态通过锁相环路(PLL)实现,微音叉测头与试样间的恒定测力及测头的Z向定位通过相位反馈控制实现。此外,测量系统可同时获得试样表面的微观轮廓图和相位图。     

基于惯性传感组件和 BP 神经网络的 防冲钻孔机器人钻具姿态解算

钻孔卸压是高地应力矿井治理冲击地压的首要措施,对实施钻孔作业的防冲钻孔机器人钻具姿态准确测量是保障钻孔位置及卸压效果的前提。为此,本文提出了基于惯性传感组件和BP神经网络的防冲钻孔机器人钻具姿态解算方法,通过设计惯性传感组件的空间阵列式布局方式(空间阵列式IMU),建立了空间阵列式IMU的数据融合模型及位姿解算模型,实现了钻具姿态的高精度解算。在此基础上,提出了基于BP神经网络的惯性传感组件误差补偿方法,建立了钻具姿态解算误差补偿模型,并通过钻具模拟运动的解算分析对空间阵列式IMU解算和误差补偿方法的可行性进行了验证。最后,通过搭建的防冲钻孔机器人钻具姿态监测实验平台,对不同方法的钻具解算结果进行对比分析。实验结果表明,在BP神经网络模型进行误差补偿后,本文所提方法解算出的钻具姿态精度明显提高,钻具方位角、倾角和横滚角的平均误差分别为0.099°、0.079°和0.045°,有效抑制了惯性传感组件的漂移和误差积累,且钻具姿态解算误差曲线没有出现发散现象。因此,该方法可以持续稳定地对防冲钻孔机器人钻具姿态进行可靠监测,具有较高的推广应用价值。