CN108692900B - 多柔性铰接板旋转振动检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多柔性铰接板旋转振动检测装置及方法,所述装置包括两块柔性铰接板、旋转机构、振动检测机构和控制组件,两块柔性铰接板对称设置在旋转机构上,每块柔性铰接板包括2N+1块相铰接的柔性板,每块柔性板上粘贴有多个标志点,所述振动检测机构包括两组双目视觉系统和两组加速度传感器,两组双目视觉系统、两组加速度传感器和两块柔性铰接板均为一一对应,每组双目视觉系统用于检测对应柔性铰接板上的标志点区域,每组加速度传感器设置在对应的柔性铰接板上,所述控制组件分别与旋转机构、双目视觉系统、加速度传感器连接。本发明有效地消除了其它不可控因素对于振动控制效果的影响,对研究基于多传感器的主动振动控制提供了条件。
Description
技术领域
本发明涉及一种振动检测装置,尤其是一种多柔性铰接板旋转振动检测装置及方法,属于柔性结构的刚度、旋转和振动检测领域。
背景技术
柔性结构相对于刚性结构,具有质量轻、能耗低、效率高、操作灵活等优点,但柔性结构的固有频率低,低频模态振动易被激起等特点限制了其在某些领域内的应用与发展。在航天航空领域,使用着大量的太阳能帆板。一般情况下,太阳能帆板由多块矩形帆板连接而成,第一块帆板的一段与航天器相连接,另一端通过铰链与第二块帆板相连接,第二块帆板则以同样的方式与第三块帆板相连接;这样,多块矩形帆板连接构成了太阳能帆板。在此连接条件下,太阳能帆板具有大跨度和高柔性的特点。而在无外阻的太空环境下,极易受到外部激励作用而产生持续时间较长的低频大幅值振动,因此,对柔性结构的振动分析和控制研究是很有必要的。
现有技术中,连接铰链的刚度对太阳能帆板结构的弯曲模态和扭转模态振动的影响不容忽视,研究不同刚度的连接铰链对柔性板振动的影响对研究太阳能帆板结构的振动模态具有指导意义。
利用双目视觉非接触测量有其独特的优势,且还能快速获取测量数据。双目视觉在不接触被测物体表面的情况下,不改变振动物体的频率、振幅等特性,可以很好的避免负载效应。和激光位移传感器相比,激光位移传感器只能进行单点测量,而机器视觉传感器具有全局性测量特点,能够进行多点测量,而不仅仅局限于一点的振动信息等优点。和单目视觉相比,单目视觉只能获取柔性结构的面内位移,而双目视觉不仅可以获取面内位移,还可以获取面外位移。
加速度传感器质量轻,易安装,并且频带较宽,利用加速度传感器反馈控制可在较宽频带范围增加系统的主动阻尼,增强系统鲁棒性。由于加速度传感器的应用会给系统引进大量的高频噪声信号,因此要进行滤波处理。同时加速度传感器对噪声敏感,存在迟滞和温漂等问题影响其精度,且只能测量物体上某一点的位移,要想获得全部信息,必须在柔性板上分别布置多个加速度传感器。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术的缺陷,提供了一种多柔性铰接板旋转振动检测装置,该装置将奇数块(至少三块)完全相同的柔性板通过铰链连接构成一块柔性铰接板,并将两块柔性铰接板对称设置在旋转机构上,其动力学特性与实际的太阳能帆板结构更为接近,有效地消除了其它不可控因素对于振动控制效果的影响,采用双目视觉检测能够反映柔性铰接板的全局特性,并且使用加速度传感器检测和双目视觉检测相结合的方法对柔性铰接板的振动信息进行比较,有利于提高检测精度,对研究基于多传感器的主动振动控制提供了条件。
本发明的另一目的在于提供一种基于上述装置的多柔性铰接板旋转振动检测方法。
本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到:
多柔性铰接板旋转振动检测装置,包括两块柔性铰接板、旋转机构、振动检测机构和控制组件,两块柔性铰接板对称设置在旋转机构上,每块柔性铰接板包括2N+1块相铰接的柔性板,每块柔性板上粘贴有多个标志点,所述振动检测机构包括两组双目视觉系统和两组加速度传感器,两组双目视觉系统、两组加速度传感器和两块柔性铰接板均为一一对应,每组双目视觉系统用于检测对应柔性铰接板上的标志点区域,每组加速度传感器设置在对应的柔性铰接板上,所述控制组件分别与旋转机构、双目视觉系统、加速度传感器连接;其中,N为自然数。
进一步的,所述旋转机构包括电机、双输出轴减速机、两根旋转轴、两个支撑座和底座,所述电机的输出轴与双输出轴减速机的输入端连接,所述双输出轴减速机固定在底座上,且双输出轴减速机的两个输出轴分别通过联轴器与两根旋转轴连接,两根旋转轴、两个支撑座和两块柔性铰接板均为一一对应,每块柔性铰接板固定在对应的支撑座上,每个支撑座与对应的旋转轴固定连接。
进一步的,所述旋转机构还包括两个轴承座,两个轴承座与两根旋转轴一一对应,每个轴承座固定在底座上,并套设在对应旋转轴的外侧。
进一步的,每个支撑座上设有法兰盘,每个支撑座上的法兰盘与对应的旋转轴固定连接。
进一步的,每组双目视觉系统包括两台工业相机、两个云台和两个滑块,所述两台工业相机、两个云台和两个滑块均为一一对应,两台工业相机的镜头均对准对应柔性铰接板上的标志点区域,且每台工业相机设置在对应的云台上,每个云台固定在对应的滑块上;两组双目视觉系统的滑块滑动设置在一滑轨上。
进一步的,所述装置还包括支架,所述滑轨固定在支架上。
进一步的,每组加速度传感器包括四个加速度传感器,四个加速度传感器设置在对应柔性铰接板靠近四个角的位置上。
进一步的,所述控制组件包括计算机、运动控制卡、端子板、电荷放大器和驱动器,所述计算机、运动控制卡和端子板依次连接,所述端子板分别与电荷放大器、驱动器连接;
所述计算机与双目视觉系统连接,所述电荷放大器与加速度传感器连接,所述驱动器与旋转机构连接。
进一步的,所述装置还包括支撑平台,所述旋转机构固定在支撑平台上。
本发明的另一目的可以通过采取如下技术方案达到:
基于权利要求上述装置的多柔性铰接板旋转振动检测方法,所述方法包括:
利用两组双目视觉系统和两组加速度传感器分别检测两块柔性铰接板的振动,得到相应的振动信号;其中,两块柔性铰接板分别为第一柔性铰接板和第二柔性铰接板;
将两组双目视觉系统检测到的振动信号直接输入到计算机中,以及将加速度传感器检测到的振动信号经由电荷放大器放大,经由端子板的传输,通过运动控制卡内部的A/D转换模块将模拟信号转换成数字信号输入到计算机中;
计算机根据两组双目视觉系统检测的信号,以第一柔性铰接板的中间柔性板为基座板三维坐标进行对比,得到第一柔性铰接板的两侧柔性板上标志点的系统坐标差,以及以第二柔性铰接板的中间柔性板为基座板三维坐标进行对比,得到第二柔性铰接板的两侧柔性板上标志点的系统坐标差,解耦出两块柔性铰接板的弯曲和扭转振动,并结合计算机得到的加速度传感器检测信号,对比分析在不同刚度铰链连接下的柔性铰接板振动信息的区别;
通过改变铰链刚度,反复试验,获取多次实验结果,得到不同刚度铰链连接的柔性铰接板振动特性。
本发明相对于现有技术具有如下的有益效果:
1、本发明通过合理的机械结构设计,将奇数块(至少三块)完全相同的柔性板通过铰链连接构成一块柔性铰接板,并将两块柔性铰接板对称设置在旋转机构上,其动力学特性与实际的太阳能帆板结构更为接近,有效地消除了其它不可控因素对于振动控制效果的影响,为研究铰链连接对于柔性铰接板振动的影响提供了良好的条件;采用双目视觉来检测柔性铰接板的旋转振动位移,相比于其他接触式传感器,双目视觉具有不接触测量的优点,不增加结构附加质量,不改变结构特性,实现多点测量;双目视觉测量得到的是包含振动信息的图像,而图像信息丰富,能够反映柔性铰接板的全局特性,采取合适的图像处理算法,可以得到其他有意义的参数;同时,在两块柔性铰接板上设置加速度传感器,使用加速度传感器检测和双目视觉检测相结合的方法对柔性铰接板的振动信息进行比较,有利于提高检测精度,对研究基于多传感器的主动振动控制提供了条件。
2、本发明的每组双目视觉系统设置了两台工业相机、两个云台和两个滑块,两台工业相机可以对柔性铰接板上的标志点区域进行检测,两个滑块滑动设置在一水平方向放置的直线滑轨上,通过水平放置的滑轨、云台以及滑块组成的相机调节方式,可以简便地通过两个云台来调节两台相机的姿态,通过两个滑块的滑动来调节工业相机之间的间距,从而使测量得到的信号更加精确、完整。
3、本发明的旋转机构采用一种具有双输出轴的减速机,节省了机械传动机构,降低了因机械传动造成的其他振动干扰,使得测量结果更为精确,
附图说明
图1为本发明实施例1的多柔性铰接板旋转振动检测装置总体结构示意图。
图2为本发明实施例1的多柔性铰接板旋转振动检测装置的主视图。
图3为本发明实施例1的多柔性铰接板旋转振动检测装置的俯视图。
图4为本发明实施例1的多柔性铰接板旋转振动检测装置的右视图。
图5为本发明实施例1的右边柔性铰接板的结构示意图。
图6为本发明实施例1的其中一台工业相机设置在云台上的结构示意图。
图7为本发明实施例1的多柔性铰接板振动检测方法流程图。
其中,1-第一柔性铰接板,101-第一柔性板,102-第二柔性板,103-第三柔性板,104-第一铰链,105-第二铰链,2-第二柔性铰接板,201-第四柔性板,202-第五柔性板,203-第六柔性板,204-第三铰链,205-第四铰链,3-旋转机构,301-电机,302-双输出轴减速机,303-第一旋转轴,304-第二旋转轴,305-第一支撑座,306-第二支撑座,307-底座,308-第一联轴器,309-第二联轴器,310-第一夹板,311-第二夹板,312-第一法兰盘,313-第二法兰盘,314-第一轴承座,315-第二轴承座,4-标志点,5-支撑平台,501-基板,502-支撑脚,503-横向支撑杆,6-第一工业相机,7-第二工业相机,8-第一云台,9-第二云台,10-第一滑块,11-第二滑块,12-滑轨,13-第三工业相机,14-第四工业相机,15-第三云台,16-第四云台,17-第三滑块,18-第四滑块,19-支架,1901-竖直支撑杆,1902-水平支撑杆,20-加速度传感器,21-计算机,22-运动控制卡,23-端子板,24-电荷放大器,25-驱动器。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限于此。
实施例1:
如图1~图4所示,本实施例提供了一种多柔性铰接板旋转振动检测装置,该装置包括第一柔性铰接板1、第二柔性铰接板2、旋转机构3、振动检测机构和控制组件,振动检测机构包括两组双目视觉系统和两组加速度传感器,图1中的虚线指示了各个设备之间的连线关系,方向箭头表明了检测和控制信号流的传递方向。
所述第一柔性铰接板1和第二柔性铰接板2左右对称设置,其中第一柔性铰接板1包括第一柔性板101、第二柔性板102和第三柔性板103,第二柔性板102和第三柔性板103位于第一柔性板101的前后两侧,第二柔性板102的第一端为自由端,第二端为固定端,第三柔性板103的第一端为固定端,第二端为自由端,第二柔性板102的第二端通过第一铰链104与第一柔性板101的第一端铰接,第三柔性板103的第一端通过第二铰链105与第一柔性板101的第二端铰接,第二柔性铰接板2的结构如图5所示,其包括第四柔性板201、第五柔性板202和第六柔性板203,第五柔性板202和第六柔性板203位于第四柔性板201两侧,第五柔性板202的第一端为自由端,第二端为固定端,第六柔性板203的第一端为固定端,第二端为自由端,第五柔性板202的第二端通过第三铰链204与第四柔性板201的第一端铰接,第六柔性板203的第一端通过第四铰链205与第四柔性板201的第二端铰接,第一柔性板101、第二柔性板102、第三柔性板103、第四柔性板201、第五柔性板202和第六柔性板203的上表面粘贴有多个标志点4,本实施例的每块柔性板上粘贴的标志点4为6×3个,即共有十八个。
进一步地,第一铰链104、第二铰链105、第三铰链204和第四铰链205均具有左、右两块铰链,每块铰链为单轴铰链,第一铰链104和第二铰链105的四块铰链的扭转刚度相同,第三铰链204和第四铰链205的四块铰链的扭转刚度相同,但前四块铰链的刚度与后四块铰链的刚度不同,每块铰链的扭转刚度可以通过旋转轴心的螺孔调节,铰链的旋转角度为0-180°,当铰链旋转至180°时,由铰链轴内插销锁死固定,从而固定柔性板的相对连接位置。
在本实施例中,第一柔性板101、第二柔性板102、第三柔性板103、第四柔性板201、第五柔性板202和第六柔性板203的材料相同,均采用环氧树脂材料薄板,环氧树脂的弹性模量为Ep=34.64Gpa,密度为,而且尺寸相同,几何尺寸为500 mm×200 mm×3 mm。
所述旋转机构3包括电机301、双输出轴减速机302、第一旋转轴303、第二旋转轴304、第一支撑座305、第二支撑座306和底座307,电机301采用伺服电机,其输出轴与双输出轴减速机302的输入端连接,双输出轴减速机302采用双输出轴蜗轮蜗杆减速机,具有两个输出轴,其固定在底座307上,双输出轴减速机302的一个输出轴通过第一联轴器308与第一旋转轴303连接,另一个输出轴通过第二联轴器309与第二旋转轴304连接,第一柔性铰接板1的第一柔性板101固定在第一支撑座305上,具体由螺栓穿过第一夹板310将第一柔性板101固定在第一支撑座305上,第二柔性铰接板2的第四柔性板201固定在第二支撑座306上,具体由螺栓穿过第二夹板311将第四柔性板201固定在第二支撑座306上,第一支撑座305与第一旋转轴303固定连接,第二支撑座306与第二旋转轴304固定连接,为了更好地实现第一柔性铰接板1和第二柔性铰接板2的旋转,第一支撑座305上设有第一法兰盘312,第二支撑座306上设有第二法兰盘313,第一法兰盘312与第一旋转轴303固定连接,第二法兰盘313第二旋转轴304固定连接,电机301在控制组件的驱动下转动,通过双输出轴减速机302带动第一旋转轴303、第二旋转轴304旋转,从而带动第一柔性铰接板1、第二柔性铰接板2旋转。
为了使第一旋转轴303和第二旋转轴304能够稳定工作,本实施例的旋转机构3还包括第一轴承座314和第二轴承座315,第一轴承座314和第二轴承座315固定在底座307上,其中第一轴承座314套设在第一旋转轴303的外侧,实现对第一旋转轴303的支撑,保证第一旋转轴303的稳定工作,第二轴承座315套设在第二旋转轴304的外侧,实现对第二旋转轴304的支撑,保证第二旋转轴304的稳定工作。
为了稳定支撑第一柔性铰接板1、第二柔性铰接板2和旋转机构3,本实施例的多柔性铰接板旋转振动检测装置还包括支撑平台5,旋转机构3的底座307固定在支撑平台5上;进一步地,支撑平台5包括基板501和四根支撑脚502,底座307通过紧固螺栓固定在基板501的上表面,四根支撑脚502分别与基板501的下表面固定连接,相邻的两根支撑脚502之间设有横向支撑杆503,使得整个支撑平台5更稳固。
在本实施例中,电机301可选用三菱伺服电机HG-KN43J-S100,额定电压为交流220V,输出功率为400 W,额定转矩为1.3 Nm,额定转速为3000 r/min;支撑平台5由三种长度分别为1200 mm、680 mm、500 mm的铝型材组装而成,基板501为一块1320 mm×800 mm×8 mm的不锈钢板,通过螺钉与型材连接,型材的每个连接处都有角铁固定。
其中一组双目视觉系统用于检测第一柔性铰接板1上的标志点4区域,其包括第一工业相机6、第二工业相机7、第一云台8、第二云台9、第一滑块10和第二滑块11,第一工业相机6和第二工业相机7的镜头均对准第一柔性铰接板1上的标志点4区域,第一工业相机6设置在第一云台8上,第一工业相机6设置在第一云台8上的示意图如图6所示,第二工业相机7设置在第二云台9上,第一云台8固定在第一滑块10上,第二云台9固定在第二滑块11上,第一滑块10和第二滑块11滑动设置在一水平放置的滑轨12上,也就是说第一滑块10和第二滑块11可以在滑轨12上自由移动,通过第一滑块10的自由移动可以改变第一工业相机6的位置,通过第二滑块11的自由移动可以改变第二工业相机7的位置,从而调整第一工业相机6和第二工业相机7之间的间距,第一云台8和第二云台9采用球形云台,通过调整第一云台8可以调整第一工业相机6的姿态,通过调整第二云台9可以调整第二工业相机7的姿态。
另一组双目视觉系统用于检测第二柔性铰接板2上的标志点4区域,其包括第三工业相机13、第四工业相机14、第三云台15、第四云台16、第三滑块17和第四滑块18,第三工业相机13和第四工业相机14的镜头均对准第二柔性铰接板2上的标志点4区域,第三工业相机13设置在第三云台15上,第四工业相机14设置在第四云台16上,第三云台15固定在第三滑块17上,第四云台16固定在第四滑块18上,第三滑块17和第四滑块18也滑动设置在滑轨12上,也就是说第三滑块17和第四滑块18可以在滑轨12上自由移动,通过第三滑块17的自由移动可以改变第三工业相机13的位置,通过第四滑块18的自由移动可以改变第四工业相机14的位置,从而调整第三工业相机13和第四工业相机14之间的间距,第三云台15和第四云台16采用球形云台,通过调整第三云台15可以调整第三工业相机13的姿态,通过调整第四云台16可以调整第四工业相机14的姿态。
为了更好地检测第一柔性铰接板1和第二柔性铰接板2上的标志点4区域,本实施例的多柔性铰接板旋转振动检测装置还包括支架19,滑轨12固定在支架19上;进一步地,该支架19包括两根竖直支撑杆1901和一根水平支撑杆1902,两根竖直支撑杆1901的一端分别与水平支撑杆1902的两端的固定连接,两根竖直支撑杆1901的另一端固定在地面上,水平支撑杆1902位于第一柔性铰接板1、第二柔性铰接板2和旋转机构3的上方,而滑轨12固定在水平支撑杆1902上,使第一工业相机6和第二工业相机7的镜头竖直向下对准第一柔性铰接板1上的标志点4区域,使第三工业相机13和第四工业相机14的镜头竖直向下对准第二柔性铰接板2上的标志点4区域。
两组加速度传感器分别用于检测第一柔性铰接板1和第二柔性铰接板2的振动信号,每组加速度传感器包括四个加速度传感器,即共有八个加速度传感器20,其中一组的四个加速度传感器20设置在第一柔性铰接板1靠近四个角的位置上,具体地,其中两个加速度传感器20安装在第二柔性板102的下表面距离自由端20mm处,并且沿第一柔性铰接板1的宽度方向中线对称,分别距离第二柔性板102的左边缘20mm和右边缘20mm,另外两个加速度传感器20安装在第三柔性板103的下表面距离自由端20mm处,并且沿第一柔性铰接板1的宽度方向中线对称,分别距离第三柔性板103的左边缘20mm和右边缘20mm;另一组的四个加速度传感器设置在第二柔性铰接板2靠近四个角的位置上,具体地,其中两个加速度传感器20安装在第五柔性板202的下表面距离自由端20mm处,并且沿第二柔性铰接板2的宽度方向中线对称,分别距离第五柔性板202的左边缘20mm和右边缘20mm,另外两个加速度传感器20安装在第六柔性板203的下表面距离自由端20mm处,并且沿第二柔性铰接板2的宽度方向中线对称,分别距离第六柔性板203的左边缘20mm和右边缘20mm。
所述控制组件包括计算机21、运动控制卡22、端子板23、电荷放大器24和驱动器25,计算机21、运动控制卡22和端子板23依次连接,端子板23分别与电荷放大器24、驱动器25连接。
所述计算机21分别与第一工业相机6、第二工业相机7、第三工业相机13和第四工业相机14连接,第一工业相机6、第二工业相机7、第三工业相机13和第四工业相机14检测的振动信号直接输入至计算机35中进行处理,得到第一柔性铰接板1的图像坐标,以及第二柔性铰接板2的图像坐标,以第一柔性板101为基座板三维坐标进行对比,得到第二柔性板102和第三柔性板103上标志点的系统坐标差,以及以第四柔性板201为基座板三维坐标进行对比,得到第五柔性板202和第六柔性板203上标志点的系统坐标差,从而对比分析在不同刚度铰链连接下的柔性铰接板振动信息的区别。
所述电荷放大器24采用多通道低频电荷放大器,其与加速度传感器20连接,将各加速度传感器20检测的振动信号经过电荷放大器24放大处理后,经由端子板23的传输,输出至运动控制卡22,通过运动控制卡22内部的A/D转换模块将模拟信号转换成数字信号输入到计算机21中,再经计算机21进行后续处理。
所述驱动器25采用伺服电机驱动器,与旋转机构3的电机301连接,具体地,电机301采用速度控制或者位置控制的方式连接驱动器25,电机301自带的编码器可以将电机的转动信息反馈给驱动器25,通过端子板23传输至运动控制卡22,进而通过运动控制卡22传输给计算机21,然后计算机21根据反馈信息运行相应算法后发出相应正弦控制量,经过运动控制卡22传输至端子板23,再传输给驱动器25,驱动电机301输出轴低频往复正反转,电机301输出轴通过双输出轴减速机302带动第一旋转轴303、第二旋转轴304旋转,从而带动第一柔性铰接板1、第二柔性铰接板2往复旋转摆动。
在本实施例中,第一工业相机6、第二工业相机7、第三工业相机13和第四工业相机14选用德国的Basler公司的CMOS相机,其型号为Basler acA1600-60gc,采集的图像大小为1600×1200像素,约为200万像素,帧率为60帧/秒,其镜头接口为C接口,相机与计算机的接口为GigE,其传输速度要优于USB接口;加速度传感器20选用Kistler公司的型号为8310B2的电容式传感器,其标称灵敏度为1000 mv/g,测量频率范围为0-250 Hz;选用的计算机21的CPU型号为core76650U2.2GHz,内存4G,主板中有PCI-e插槽,可安装运动控制卡22;运动控制卡22选用美国GALIL公司生产的DMC-2x00数字运动控制器,提供标准的PCI总线接口;电荷放大器24选用江苏联能电子有限公司的YE5850型电荷放大器;驱动器25选用系列型号为SGDM-04ADAR的伺服单元。
如图1~图7所示,本实施例还提供了一种多柔性铰接板旋转振动检测方法,该方法基于上述装置实现,包括以下步骤:
步骤一、利用两组双目视觉系统和两组加速度传感器分别检测第一柔性铰接板1和第二柔性铰接板2的振动,得到相应的振动信号;
步骤二、将两组双目视觉系统检测到的振动信号直接输入到计算机中,以及将加速度传感器20检测到的振动信号经由电荷放大器24放大,经由端子板的传输,通过运动控制卡22内部的A/D转换模块将模拟信号转换成数字信号输入到计算机21中;
步骤三、计算机21根据两组双目视觉系统检测的信号,以第一柔性铰接板1的第一柔性板101为基座板三维坐标进行对比,得到第一柔性铰接板的第二柔性板102和第三柔性板103上标志点的系统坐标差,以及以第二柔性铰接板2的第四柔性板201为基座板三维坐标进行对比,得到第二柔性铰接板2的第五柔性板202和第六柔性板203上标志点的系统坐标差,解耦出两块柔性铰接板的弯曲和扭转振动,并结合计算机21得到的加速度传感器检测信号,对比分析在不同刚度铰链连接下的柔性铰接板振动信息的区别;
步骤四、通过改变铰链刚度,反复试验,获取多次实验结果,得到不同刚度铰链连接的柔性铰接板振动特性。
实施例2:
本实施例的主要特点是:第一柔性铰接板的柔性板还可以为五块,同样地,第二柔性铰接板的柔性板也为五块,第一柔性铰接板的其中三块柔性板结构可以参考上述实施例1的第一柔性板、第二柔性板和第三柔性板,剩下两块柔性板则分别位于第二柔性板的前侧和第三柔性板的后侧,第二柔性铰接板的其中三块柔性板结构可以参考上述实施例1的第四柔性板、第五柔性板和第六柔性板,剩下两块柔性板则分别位于第五柔性板的前侧和第六柔性板的后侧,同理,第一柔性铰接板和第二柔性铰接板的柔性板为七块、九块等,只要满足2N+1(N为自然数,即2N+1为3以上的奇数)块的要求即可,必要时可以调整各柔性板的尺寸、调整工业相机与柔性铰接板之间的距离等。其余同实施例1。
综上所述,本发明通过合理的机械结构设计,将奇数块(至少三块)完全相同的柔性板通过铰链连接构成一块柔性铰接板,并将两块柔性铰接板对称设置在旋转机构上,其动力学特性与实际的太阳能帆板结构更为接近,有效地消除了其它不可控因素对于振动控制效果的影响,为研究铰链连接对于柔性铰接板振动的影响提供了良好的条件;采用双目视觉来检测柔性铰接板的旋转振动位移,相比于其他接触式传感器,双目视觉具有不接触测量的优点,不增加结构附加质量,不改变结构特性,实现多点测量;双目视觉测量得到的是包含振动信息的图像,而图像信息丰富,能够反映柔性铰接板的全局特性,采取合适的图像处理算法,可以得到其他有意义的参数;同时,在两块柔性铰接板上设置加速度传感器,使用加速度传感器检测和双目视觉检测相结合的方法对柔性铰接板的振动信息进行比较,有利于提高检测精度,对研究基于多传感器的主动振动控制提供了条件。
以上所述,仅为本发明专利较佳的实施例,但本发明专利的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内,根据本发明专利的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都属于本发明专利的保护范围。
Claims (9)
1.基于多柔性铰接板旋转振动检测装置的多柔性铰接板旋转振动检测方法,其特征在于:所述装置包括两块柔性铰接板、旋转机构、振动检测机构和控制组件,两块柔性铰接板对称设置在旋转机构上,每块柔性铰接板包括2N+1块相铰接的柔性板,每块柔性板上粘贴有多个标志点,所述振动检测机构包括两组双目视觉系统和两组加速度传感器,两组双目视觉系统、两组加速度传感器和两块柔性铰接板均为一一对应,每组双目视觉系统用于检测对应柔性铰接板上的标志点区域,每组加速度传感器设置在对应的柔性铰接板上,所述控制组件分别与旋转机构、双目视觉系统、加速度传感器连接;其中,N为自然数;
所述方法包括:
利用两组双目视觉系统和两组加速度传感器分别检测两块柔性铰接板的振动,得到相应的振动信号;其中,两块柔性铰接板分别为第一柔性铰接板和第二柔性铰接板;
将两组双目视觉系统检测到的振动信号直接输入到计算机中,以及将加速度传感器检测到的振动信号经由电荷放大器放大,经由端子板的传输,通过运动控制卡内部的A/D转换模块将模拟信号转换成数字信号输入到计算机中;
计算机根据两组双目视觉系统检测的信号,以第一柔性铰接板的中间柔性板为基座板三维坐标进行对比,得到第一柔性铰接板的两侧柔性板上标志点的系统坐标差,以及以第二柔性铰接板的中间柔性板为基座板三维坐标进行对比,得到第二柔性铰接板的两侧柔性板上标志点的系统坐标差,解耦出两块柔性铰接板的弯曲和扭转振动,并结合计算机得到的加速度传感器检测信号,对比分析在不同刚度铰链连接下的柔性铰接板振动信息的区别;
通过改变铰链刚度,反复试验,获取多次实验结果,得到不同刚度铰链连接的柔性铰接板振动特性。
2.根据权利要求1所述的多柔性铰接板旋转振动检测方法,其特征在于:所述旋转机构包括电机、双输出轴减速机、两根旋转轴、两个支撑座和底座,所述电机的输出轴与双输出轴减速机的输入端连接,所述双输出轴减速机固定在底座上,且双输出轴减速机的两个输出轴分别通过联轴器与两根旋转轴连接,两根旋转轴、两个支撑座和两块柔性铰接板均为一一对应,每块柔性铰接板固定在对应的支撑座上,每个支撑座与对应的旋转轴固定连接。
3.根据权利要求2所述的多柔性铰接板旋转振动检测方法,其特征在于:所述旋转机构还包括两个轴承座,两个轴承座与两根旋转轴一一对应,每个轴承座固定在底座上,并套设在对应旋转轴的外侧。
4.根据权利要求2所述的多柔性铰接板旋转振动检测方法,其特征在于:每个支撑座上设有法兰盘,每个支撑座上的法兰盘与对应的旋转轴固定连接。
5.根据权利要求1所述的多柔性铰接板旋转振动检测方法,其特征在于:每组双目视觉系统包括两台工业相机、两个云台和两个滑块,所述两台工业相机、两个云台和两个滑块均为一一对应,两台工业相机的镜头均对准对应柔性铰接板上的标志点区域,且每台工业相机设置在对应的云台上,每个云台固定在对应的滑块上;两组双目视觉系统的滑块滑动设置在一滑轨上。
6.根据权利要求5所述的多柔性铰接板旋转振动检测方法,其特征在于:所述装置还包括支架,所述滑轨固定在支架上。
7.根据权利要求1所述的多柔性铰接板旋转振动检测方法,其特征在于:每组加速度传感器包括四个加速度传感器,四个加速度传感器设置在对应柔性铰接板靠近四个角的位置上。
8.根据权利要求1所述的多柔性铰接板旋转振动检测方法,其特征在于:所述控制组件包括计算机、运动控制卡、端子板、电荷放大器和驱动器,所述计算机、运动控制卡和端子板依次连接,所述端子板分别与电荷放大器、驱动器连接;
所述计算机与双目视觉系统连接,所述电荷放大器与加速度传感器连接,所述驱动器与旋转机构连接。
9.根据权利要求1-8任一项所述的多柔性铰接板旋转振动检测方法,其特征在于:所述装置还包括支撑平台,所述旋转机构固定在支撑平台上。
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