申请/专利权人：合肥工业大学

申请日：2021-05-26

公开（公告）日：2024-04-30

公开（公告）号：CN113295087B

主分类号：G01B7/30

分类号：G01B7/30

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.30#授权;2021.09.10#实质审查的生效;2021.08.24#公开

摘要：本发明公开了一种基于球面三维编码的球铰链三轴回转角度测量方法，按照伪随机序列在球铰链的球头表面设置伪随机编码图案，其由球头表面的沟槽所表征；在球铰链底座中呈阵列设置电涡流传感器，其测头轴线指向球窝中心；针对电涡流传感器的输出信号通过学习和训练建立神经网络模型，利用神经网络模型确定球头与球铰链底座之间的空间相对转动方向和角度，实现球铰链三轴回转角度测量。本发明测量精度和分辨率较之已有技术得到更进一步提高，其抗干扰能力更强，实现了球面运动中绕任意回转轴线的回转角度测量，能够在机器人、并联机床、高端医疗器械、球面电机等领域得到良好的应用。

主权项：1.一种基于球面三维编码的球铰链三轴回转角度测量方法，所述球铰链的结构形式是：由球铰链底座3和端盖2构成内部具有球窝的球座，球头4置于球铰链底座3中，并在端盖2的开口处露出球冠，在所述球冠的顶部连接球铰杆1，球头4与球窝同心，球头4能够在球窝内转动；其特征是：按照伪随机序列在所述球头4的表面设置伪随机编码图案，所述伪随机编码图案是由球头表面具有相应宽度和深度的沟槽6所表征；在所述球铰链底座3中呈阵列设置电涡流传感器5，电涡流传感器5的测头轴线指向球窝中心；针对电涡流传感器5的输出信号通过学习和训练建立人工神经网络模型，利用所述人工神经网络模型确定球头4与球铰链底座3之间的空间相对转动方向和角度，实现球铰链三轴回转角度测量；伪随机编码为一组长度自定义、数值随机分布在固定阈值内的可预知数列，所述按照伪随机序列在所述球头4的表面设置伪随机编码图案是指：在球头4的表面沿纬向和径向分布沟槽6，各沟槽6的宽度和深度均按照所述伪随机编码的数列唯一设置，形成具有唯一性的球面三维编码；通过仿真调整所述沟槽的宽度和深度，设置多组不同的伪随机编码图案，建立与之对应的球头4空间回转角度仿真值，从而构造不同编码图案与对应球头4空间回转角度仿真值的神经网络模型，获得不同的仿真测量精度，从中选择能够获得更高精度的伪随机编码图案；将所述球铰链置于标定装置中，针对标定装置中的球铰链，按设定方向和步距带动球头4在空间回转，为球头4设置空间回转角度标定值，相应记录各电涡流传感器5的实测值；将所述空间回转角度标定值与实测值一一对应为数组，利用所述数组针对球头4与球铰链底座3之间的空间相对转动方向和角度建立神经网络模型；设置所述标定装置的结构形式为：建立三维空间直角坐标系O-XYZ，是以所述球头4的中心为原点，以球铰杆1的轴线为Z轴，以竖直方向为X轴向，Y轴向呈水平；在基座9的一侧固定设置呈直立的侧板8，球铰链底座3固定设置在位于侧板8内侧的“几”字形支撑板7上，使球铰杆1呈水平悬伸；RPI转台10的转盘呈水平，且固定设置在所述呈水平的基座9上；第二PI转台15的转盘呈竖直，且与XOZ平面平行；“L”形竖向连接板11的一端与第二PI转台15固定连接，另一端与RPI转台10中的转盘固定连接，由所述RPI转台10的转盘通过“L”形竖向连接板11带动第二PI转台15绕X轴转动；第一PI转台14的转盘呈竖直，且与XOY平面平行；“L”形水平连接杆13的一端与第一PI转台14固定连接，另一端与第二PI转台15中的转盘固定连接，由所述第二PI转台15的转盘通过“L”形水平连接杆13带动第一PI转台14绕Y轴转动；“U”形连接杆12的一端与球铰杆1固定连接，另一端与所述第一PI转台14的转盘固定连接，由所述第一PI转台14的转盘通过“U”形连接杆12带动球铰杆1绕自身轴线转动；所述第一PI转台14的转盘、第二PI转台15的转盘以及RPI转台10的转盘的回转中心线相交于空间坐标系的坐标原点。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 合肥工业大学 基于球面三维编码的球铰链三轴回转角度测量方法

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