發(fā)布時間：2020-08-25 20:51

【摘要】：多自由度球關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)能同時提供多個方向的旋轉(zhuǎn)自由度,其在現(xiàn)代工業(yè)、航空、智能機器人等領(lǐng)域的應用越來越廣泛,其優(yōu)越性也日益顯著。多自由度球關(guān)節(jié)的運動姿態(tài)檢測是實現(xiàn)球關(guān)節(jié)閉環(huán)運動控制最重要的一環(huán)。多自由度球關(guān)節(jié)運動姿態(tài)檢測方法主要可以分為接觸式姿態(tài)檢測和非接觸式姿態(tài)檢測。接觸式姿態(tài)檢測法通常需要將編碼器、陀螺儀、加速度計等通過額外的機械裝置安裝在球關(guān)節(jié)上,這種方法通常會引入新的摩擦力和慣性力,在一定程度上會影響球關(guān)節(jié)的運動性能。非接觸式姿態(tài)檢測通�？梢苑譃榛谝曈X的姿態(tài)檢測方法和基于磁場的姿態(tài)檢測方法,基于視覺的姿態(tài)檢測方法通常需要較大的計算量且設(shè)備昂貴,基于磁場的姿態(tài)檢測方案受環(huán)境磁場影響較大,應用場合局限。本課題提出了一種基于距離傳感實現(xiàn)球關(guān)節(jié)三自由度姿態(tài)測量的非接觸式姿態(tài)檢測系統(tǒng)。通過設(shè)計一種非均勻的球殼安裝在球關(guān)節(jié)的動子上隨著動子一起運動,利用激光位移傳感器測量球殼的半徑解算出球關(guān)節(jié)的運動姿態(tài)。該測量系統(tǒng)無需標定初始位置,最多只需要四個激光位移傳感器便能夠得出球關(guān)節(jié)運動姿態(tài)的解析解,該解析解法計算簡單,魯棒性強。通過仿真得出傳感器量程和分辨率以及球殼加工誤差對最后解算精度的影響,其結(jié)果在理想范圍內(nèi)。最后,通過實驗驗證了該檢測系統(tǒng)的可行性。
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP242
【圖文】：

1 緒論研究背景與意義度運動在工業(yè)、航空[1, 2]、機器人[3-5]、醫(yī)療器械[6]、觸覺技演越來越重要的角色。工業(yè)多自由度機械手如圖 1.1 所示，通同時實現(xiàn)多個旋轉(zhuǎn)自由度達到靈活抓取工件的效果，這極大升了工作效率，已經(jīng)成為未來工廠發(fā)展的趨勢�，F(xiàn)代化的制加工[8]已經(jīng)成為加工復雜零件的首選，如圖 1.2 所示，通過平移甚至旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)各種復雜曲面的加工，這對刀具的驅(qū)動已經(jīng)成為現(xiàn)階段多軸聯(lián)動數(shù)控加工的研究方向之一。在現(xiàn)器人的機械連接部位大量采用了仿生的類似關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)自由度，使機器人能夠像人一樣進行靈活的運動。

圖 1.2 五軸聯(lián)動數(shù)控機床多自由度驅(qū)動器是實現(xiàn)機構(gòu)多自由度運動的動力裝置，傳統(tǒng)的多自由度驅(qū)多個單自由度電機組合在一起實現(xiàn)多自由度驅(qū)動[10]，但由于結(jié)構(gòu)復雜，機，嚴重的影響了最后的驅(qū)動效果，很大的程度上限制了其應用場合。因此在年，多自由度驅(qū)動器一直是學術(shù)界的熱門研究方向。其中較為有優(yōu)勢的結(jié)構(gòu)球關(guān)節(jié)[11]的驅(qū)動結(jié)構(gòu)，該種驅(qū)動結(jié)構(gòu)中較為典型的是兩自由度電機[12, 13]，機[14-17]，球形電機按其形式可以分為步進式、變磁阻式、感應式等多種形式1.3 所示，電機主要由動子和定子組成，動子繞著旋轉(zhuǎn)中心可以實現(xiàn)三個自由，無需任何的傳動裝置，驅(qū)動力由動子磁鐵和定子線圈通電之后之間產(chǎn)生的提供，動子與定子之間不存在任何的摩擦力，并且電機可以通過改變線圈中出很大的力矩，整個電機結(jié)構(gòu)簡潔，安裝方便，可以應用在很多有多自由度的場合。

圖 1.3 球形電機在對各種多自由度驅(qū)動器的研究中，對多自由度驅(qū)動器實現(xiàn)精確的閉環(huán)運18-22]一直是各種研究的最終目的，而實現(xiàn)多自由度驅(qū)動器閉環(huán)控制中最重要是運動姿態(tài)反饋。在學術(shù)界中，多自由度驅(qū)動器的運動姿態(tài)檢測一直是一個點。由于多個自由度耦合在一起，導致姿態(tài)測量難度大，又因為運動姿態(tài)檢多自由度驅(qū)動器精確控制的最重要的一環(huán)，因此運動姿態(tài)的檢測對于多自器的研究和應用來說至關(guān)重要。多自由度驅(qū)動器的運動姿態(tài)檢測方法主要式姿態(tài)檢測和非接觸式姿態(tài)檢測兩種。接觸式姿態(tài)檢測是將測量裝置，例如安裝在驅(qū)動器上，使其隨著驅(qū)動器一起運動，實時的采集運動信息輸出運動姿方式會增大驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量，引入慣性力，會對驅(qū)動器的運動控制產(chǎn)非接觸姿態(tài)檢測主要分為基于視覺和磁場兩種檢測方式，基于視覺的檢測方要求較高，且需要較大的計算量，很難達到實時性的要求，基于電機磁場的

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 燕紅波;楊慶東;劉芳;;五軸聯(lián)動的數(shù)控加工技術(shù)的研究及應用[J];機械工程師;2007年05期

本文編號：2804186