Direct calculation of acceleration field through homogeneous transformation for two-axis centrifuge

0　INTRODUCTIONInordertomakeuseofafull functionprecisioncen trifugetocalibrateaccelerometersusedforinertialnaviga tion ,thecompositekinematicsoftheworkingpointwhereanaccelerometerismountedmustbestudied ,anditsac celerationvectormustbecalculatedatfirst.Previously ,thevectoranalysismethodandtheCoriolisrotationtheo remwereusedtostudythekinematicsofcomplicatedmov ingbodies .Theconceptsofabsolutemotion ,relativemo tionandconvertedmotionmustbeintroduced ;theabso lutevectorderivative ,relativeve…     

基于捷联惯性导航的室内定位系统研究

基于捷联惯性导航的室内定位系统是综合运用MPU6050陀螺加速度计模块、HMC5983三轴电子指南针模块和蓝牙模块来实现定位. 系统以STM32单片机为控制核心,依此算出四元数和旋转矩阵,并利用卡尔曼滤波算法计算最优姿态角,在此基础上获取载体在导航坐标系中的运动加速度,通过对加速度的两次积分计算出载体在导航坐标系中的位置信息. 为了克服惯性导航固有的不可消除的积累误差,布设关键通信节点,采用局部蓝牙通信定位,并通过加权平均融合对位置信息做出修正,提高了定位系统的定位精度.     

一种用于人体运动捕获的自适应混合滤波融合算法

针对基于惯性传感器的人体运动捕获系统存在陀螺漂移和噪声干扰等问题,提出一种多元传感器信息融合的自适应混合滤波融合算法。算法首先利用快速高斯牛顿法对加速度计和磁力计数据进行姿态信息迭代估算,用四元数将参考坐标系中的加速度和磁场强度分量转换到载体坐标中,将转换后的值与当前时刻测量值的差值代入高斯牛顿迭代算法中用于四元数的实时值估计,通过确定搜索步长的最优值来缩短迭代次数,提高算法收敛速度。设计自适应的互补滤波器将高斯牛顿法解算的姿态信息作为观测矢量对陀螺漂移进行补偿,分别使用高通滤波器和低通滤波器处理陀螺仪数据和高斯牛顿算法优化过后的加速度计、磁力计数据。在互补滤波器中引入重力矢量及地磁参考矢量自适应调节滤波器参数用于实时调整不同算法的权重大小,融合后输出最终的姿态信息,实现最优估计。进行实验对比分析本算法和其他算法融合效果,结果表明,本算法有效降低陀螺累积误差、线性加速度及磁场对解算精度的干扰,磁干扰状态下误差为0.94 °,自由运动状态下误差为1 °。对比扩展卡尔曼滤波融合算法,本文算法执行时间缩短25 %,有效提升了运动捕获系统的性能。     

关于角量的标量性与矢量性

无限小角位移、有限大角位移、角速度、平均角速度、角加速度、平均角加速度和角坐标的增量以及角坐标对时间的一阶和二阶导数不仅是物理学中常用的物理量 ,而且也是很重要的物理概念。物理量又分为标量、矢量和张量 ,若物理量是矢量 ,它应服从矢量的加法法则 ,即两个矢量相加时 ,相加次序不影响它的结果 ,由A→ +B→ =B→+A→ 所得到的最终结果相同。根据这一原则 ,首先 ,将质点对两个坐标轴角坐标的变化等效的转化成坐标系对坐标轴的转动 ;其次 ,交换坐标系对坐标轴的转动次序 ,由此得到的同一矢量两个不同的结果表达式。结果表明 ,无限小的角位移、角速度、平均角加速度、角加速度都是矢量 ,而有限大的转角 ,质点在坐标系中的角坐标的变化量以及角坐标对时间的变化率都是标量     

考虑完整齿廓的滚子链系统SimMechanics建模与仿真

以柔性铰为连接副建立了滚子链系统的SimMechanics多体动力学模型。模型考虑了完整的链轮齿廓。基于该模型,使用虚功原理及拉格朗日方法,得到了柔性铰的广义力及系统动力学方程。建立了完整的链轮齿廓下滚子与链轮的离散单元接触模型,引入接触对指示矩阵和接触局部坐标系,提出了基于齐次坐标变换的滚子与链轮接触的快速搜索策略。仿真得到了滚子与链轮的啮合过程中滚子与各段齿廓的接触碰撞力。通过与ADAMS仿真结果比较验证了该方法的正确性。     

分析力学基本微分原理在刚体系统动力学中的应用

本文试图把分析力学中已经发展成熟的基本方法应用于刚体系统动力学的研究。首先给出三类空间(坐标空间,速度空间和加速度空间)中刚体虚位移的定义,在此基础上,把分析力学的三个基本微分原理(D'Alembert—Lagrange原理,Bertrand—Jourdain原理和Gauss原理推广到适用于刚体系统、对有非线性非完整约束的刚体系统,应用Bertand—Jourdain原理推广了Wittenburg方程。应用Gauss原理,推导出有二阶非线性非完整约束的刚体系统运动方程。     

一种抽油机无线示功仪的实现方法

示功仪采用拉线工作方式不便于实时检测和无线传输,且容易发生故障。采用无线示功仪的方法,利用DSP56F803设计了一个加速度采集分析系统,并对换向问题进行了研究,并在抽油机模拟装置上进行了反复实验。仿真表明用加速度传感器测量位移是可行的,精度能够满足工况的要求。在油田现场实验结果表明系统运行稳定,效果良好。     

非规范观测站岩层移动角计算方法分析

鉴于某矿区地表移动观测站的非正规布置,根据观测线上三个临界变形值位置,确定地表影响椭圆分布区域的边界点;建立独立坐标系,将边界点与坐标原点进行联合观测,计算出边界点相对于原点的坐标值,然后将各个坐标值代入椭圆方程,求取地表影响椭圆半轴长,根据移动角与开采边界的空间几何关系,计算出矿区的岩层移动角.研究表明,该方法简洁实用,能够满足开采沉陷工程的实际要求.     

大部件姿态的快速计算与高精度多轴同步控制

为了解决一种六自由度大部件并联机构的姿态精确控制问题,提出一种快速的姿态计算方法和高精度的多轴同步协调控制技术.在基础平台上建立固定坐标系,在大部件的中心建立连体坐标系,基于这两个坐标系建立大部件姿态计算的运动学数学模型;在固定坐标系中通过对大部件上4个靶标的初始位置和目标位置的精确测量,即可快速计算出大部件4个支撑柱三坐标的位移增量;多轴同步协调控制技术采用同步误差积分补偿方法(CSEI),对4个支撑柱3个坐标轴共12个运动轴的同步位移误差进行动态积分补偿,显著地减少了系统的超调量和调节时间,提高了大部件姿态调整的速度和精度.仿真结果表明,所提出的姿态计算方法仅需一次矩阵变换,即可计算出4个柱子的坐标增量;CSEI方法较传统的PID方法调节时间减少1/2.     

坐标转换在移动用户行为识别中的应用

为了降低手机放置位置对移动用户行为识别的影响,提出了一种坐标转换的方法,将手机加速度传感器所获取的加速度信号通过方向传感器从手机坐标系转换到方位坐标系,使用蚁群算法对转换前后各坐标系的加速度信号进行特征优选,利用神经网络分类器对移动用户行为进行识别.实验结果证明,该坐标转化方法减少了重力加速度和手机放置位置对加速度信号的影响,有效提高了移动用户行为识别的准确率.     

光纤陀螺在动态自主定向系统中的应用

本文基于采用对地球自转角速率的北向分量在光纤陀螺上的输出进行正弦调制的办法,提出了一种新型的非机械陀螺定向系统.该系统通过对光纤陀螺的正弦输出信号进行数据采样及处理,利用最小二乘算法对正弦输出信号进行参数估计,计算出角速率输出的初始相位,从而确定出地球表面被测点子午面的真北方向,即系统的基准方位.同时,通过与光纤陀螺对称放置的加速度计可以测量出台面倾斜误差,可对光纤陀螺的数据输出量进行补偿,大大提高了系统的定向精度.该系统尤其适合军事领域应用的需要.     

基于LabVIEW的曲柄滑块机构运动特性分析

通过曲柄滑块机构输出构件的位移、速度和加速度解析法方程,采用LabVIEW编程,计算出位移、速度和加速度运动参数理论值,并实现了这些运动参数曲线的可视化显示;采用虚拟仪器技术和LabVIEW编程,对曲柄滑块机构的运动特性进行了测试实验。结果表明：运动参数的理论值与实验结果基本吻合,可为提高复杂构件运动特性的分析效率和准确性提供理论依据。     

隧道加速度计结构原理及最小电极距离分析

介绍了量子力学中的隧道效应及其应用，对基于隧道效应原理的加速度计进行了深入研究，结合国内外研究现状，给出了一种隧道加速度计结构，并对其工作原理进行了分析．详细论述了系统结构刚度计算和误差分析，提出了基于该结构下系统刚度和两极板间微位移的计算方法，其目的是求解在一定冲击加速度环境下隧道效应加速度计的最小电极距离，必需在结构设计和工艺实现中考虑该因素，从而保证结构设计的安全性，以使得隧道加速度计能够正常工作．     

六自由度外骨骼手臂设计与仿真研究

针对康复机器人在短时间内治疗效果不明显等缺点,基于三维造型软件设计了—六自由度从外骨骼手臂模型,以获得穿戴者各关节的运动数据,以便传递给主外骨骼达到控制目的。建立D-H坐标系和齐次坐标变换,并进行了正运动学分析及仿真验证,仿真结果表明,在自然状态和各动作运动过程中,该模型角加速度的最大值为1.05×10-7rad/s2,上臂质心和前臂质心之间的最大变化量为19.1mm,变化的幅度很小,各关节可以实现预定的轨迹,并完成日常生活中简单的基本动作。该模型设计合理,为机构的控制提供了运动学参数。     

三轴压阻传感器在斜侵彻中的应用

介绍了在斜侵彻试验中高g值三轴压阻传感器的特性,进行了三组侵彻混凝土试验.三通道过载记录仪安装在弹体内,过载记录仪的传感器选用三轴压阻加速度计,可以记录弹丸发射、飞行、着靶侵彻过程中的实时加速度.分析了实测的减加速度曲线、着靶速度和侵深.为了保证测试数据的准确性,用Hopkinson杆和激光光栅干涉仪校准了三轴加速度计的冲击灵敏度和横向灵敏度.     

基于双目视觉的激光位移传感器标定方法

为了提高激光位移传感器在工业机器人末端坐标系下的标定精度,提出基于双目视觉的激光位移传感器标定方法. 该方法通过双目视觉技术重建激光光束投影在平面上的光斑位置,利用手眼标定参数将光斑位置转换至机器人末端坐标系,同时利用最小二乘方法将光斑拟合成光束直线,获得机器人末端坐标系下的传感器光束方向及零点位置以完成标定. 该方法可同时标定机器人末端上的多个激光位移传感器,无须采用有精度要求的辅助工件标定,具备精度高,鲁棒性强优势. 基于标准球的精度评价实验结果显示,在3倍标准差范围内该方法标定后的激光位移传感器测量精度范围为0.038 6±0.025 8 mm,满足机器人加工要求.     

基于MCU的加速度计线性误差补偿方法

为了提高加速度计的线性度,实现对加速度的精确测量,采用MCU(单片机)系统.在建立加速度计线性误差数学模型的基础上,给出了利用MCU软件实现线性补偿的方法,并在硅桥式半导体加速度计上进行应用,结果表明加速度计的线性度提高了一个数量级,因此采用MCU实现加速度计的线性补偿是非常有效的.     

一种基于主成分分析的空间数据配准算法

提出基于主成分分析(Principal component analysis,PCA)实现空间数据配准的方法,空间数据主分量之间的空间关系反映了参考坐标系的空间关系.基本原理是利用PCA变换得到空间数据特征向量和重心坐标构造矩阵,利用构造矩阵之间的相似变换得到空间坐标系变换矩阵;利用变换矩阵对空间数据进行变换,再基于目标函数寻找变换矩阵的最优解.实验表明,该算法是获取空间参考坐标变换关系初值的有效手段.     

RTK测量若干问题探析

RTK测量是目前应用最广泛的GNSS测量模式。分析研究了RTK测量的坐标转换、基准站的架设点选择、基准站已知坐标的输入等问题。此研究对RTK测量工作具有一定的参考和指导作用。     

预制混凝土拱涵地震响应分析

首先建立拱涵二维有限差分模型,对拱涵的安装与路堤的填筑过程进行模拟,并得到拱涵与填土体系受力的初始状态;然后对拱涵进行时程分析,探究拱涵在地震作用下的位移与应力响应规律;最后着重论述填土高度、地震加速度以及地震波传播角度对拱涵地震动力响应的影响,并分析混凝土预制拱涵在地震作用下的薄弱位置。结果表明：随着填土高度的增加,拱顶与基底之间水平相对位移逐渐增大,拱涵各个接触面的内力在静态内力的基础上显著非线性增大;拱涵的各个接触面的内力对峰值加速度的改变较敏感;随着地震波传播角度的增大,拱顶与基底水平相对位移将减小,拱涵的内力响应也逐渐减小。