1037448行星齒輪扭振信號(hào)測(cè)量編碼器

1037448行星齒輪扭振信號(hào)測(cè)量編碼器DFS60B-S4EA01200當(dāng)前應(yīng)用于自動(dòng)駕駛的多傳感器數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)大多采用多個(gè)模塊集成,因此存在著總體成本高、時(shí)間同步精度低、體積較大、組裝相對(duì)繁瑣等缺點(diǎn)。本文針對(duì)上述問(wèn)題設(shè)計(jì)了一種以FPGA為核心處理芯片的高集成度多傳感器數(shù)據(jù)同步采集控制器。針對(duì)同步控制器的高集成度、高時(shí)間精度和多傳感器數(shù)據(jù)同步采集與控制,本文具體研究工作如下:（1）建立高精度時(shí)鐘基準(zhǔn)。以高穩(wěn)石英晶振作為同步器的時(shí)鐘源,并結(jié)合GPS的PPS脈沖和NEMA數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行校準(zhǔn),充分利用GPS的PPS脈沖長(zhǎng)期穩(wěn)定性和高穩(wěn)石英晶體短時(shí)穩(wěn)定性高的優(yōu)勢(shì),建立整個(gè)測(cè)量時(shí)間范圍內(nèi)的高精度時(shí)間基準(zhǔn)。（2）實(shí)現(xiàn)多傳感器的同步。根據(jù)各傳感器特性,分別對(duì)慣性導(dǎo)航單元、相機(jī)等傳感器采用主動(dòng)同步,三維激光雷達(dá)采用授時(shí)同步,車輪編碼器采用被動(dòng)同步,以純硬件方式采集各傳感器數(shù)據(jù)并打上時(shí)間標(biāo)簽作為同步對(duì)齊的標(biāo)志,實(shí)現(xiàn)多傳感器原始數(shù)據(jù)的高精度同步。（3）完成同步控制器整體硬件電路的原理圖和PCB設(shè)計(jì)與調(diào)試。設(shè)計(jì)了慣性導(dǎo)航單元、車輪編碼器、差分GPS、三維激光雷達(dá)等多傳感器數(shù)據(jù)采集電路;千兆網(wǎng)、USB3.0、USB2.0、mSATA、TF卡等高速接口與存儲(chǔ)電路,并對(duì)整個(gè)硬件電路進(jìn)行調(diào)試,實(shí)現(xiàn)對(duì)多傳感器數(shù)據(jù)的采集、傳輸與保存。（4）完成各傳感器控制和數(shù)據(jù)同步采集的FPGA程序的編寫與調(diào)試。以FPGA芯片為載體并結(jié)合外部硬件電路,通過(guò)硬件描述語(yǔ)言建立高精度時(shí)間基準(zhǔn);設(shè)計(jì)了SPI接口控制并采集慣導(dǎo)數(shù)據(jù);設(shè)計(jì)了UART接口對(duì)三維激光雷達(dá)同步授時(shí),實(shí)現(xiàn)FPGA與TX2指令交互以及編碼器、相機(jī)的同步數(shù)據(jù)的傳輸;設(shè)計(jì)了CY7C68013A芯片的控制程序?qū)⒉⑿袛?shù)據(jù)轉(zhuǎn)USB串行數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)FPGA與TX2之間大量傳感器原始數(shù)據(jù)的高速傳輸。將同步控制器安裝于測(cè)試車輛上進(jìn)行的自動(dòng)駕駛測(cè)試,其實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該同步控制器能夠?qū)崟r(shí)為自動(dòng)駕駛提供GPS、三維激光雷達(dá)、慣性導(dǎo)航單元、車輪編碼器、相機(jī)等多傳感器高精度同步原始數(shù)據(jù)。使用該同步控制器的自動(dòng)駕駛定位精度可達(dá)到土10cm,同步控制器系統(tǒng)時(shí)間精度可達(dá)±1 μs。該同步控制器還具有體積小、重量輕、造價(jià)低、集成度高、數(shù)據(jù)處理速率快以及擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),目前已經(jīng)成功應(yīng)用在深圳智繪科技有限公司、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院等機(jī)構(gòu)的園區(qū)自動(dòng)駕駛項(xiàng)目中,在電力巡檢、高精度定位、導(dǎo)航及移動(dòng)測(cè)量等諸多領(lǐng)域也具有廣闊的應(yīng)用前景。作為一種高效的散料轉(zhuǎn)運(yùn)裝卸設(shè)備,目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于碼頭、水泥廠、發(fā)電廠等行業(yè)中。對(duì)斗輪機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化改造,可以有效的提高設(shè)備的效率和穩(wěn)定性。本文分析了空間定位對(duì)于實(shí)現(xiàn)斗輪機(jī)自動(dòng)控制的必要性。為了實(shí)現(xiàn)斗輪機(jī)自動(dòng)控制,需要對(duì)料場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行的空間定位,使整個(gè)料場(chǎng)中的所有設(shè)備處于統(tǒng)一的三維坐標(biāo)系中,保證斗輪機(jī)安全、有效地運(yùn)行。本文主要通過(guò)分析斗輪堆取料機(jī)和二維激光掃描儀的工作原理和各項(xiàng)參數(shù),結(jié)合目前主流的室內(nèi)定位技術(shù),完成斗輪機(jī)作業(yè)定位的設(shè)計(jì)方案。首先介紹了斗輪堆取料機(jī)的各個(gè)機(jī)構(gòu),研究了堆取料自動(dòng)控制的原理。重點(diǎn)研究了二維激光掃描儀的測(cè)距原理以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧鞒獭Ｈ缓笸ㄟ^(guò)對(duì)室內(nèi)定位技術(shù)的比較,選擇UWB無(wú)線定位技術(shù)以及RFID技術(shù)來(lái)對(duì)斗輪機(jī)進(jìn)行定位。本文設(shè)計(jì)了兩套定位方案,UWB作為主要定位技術(shù),配以值編碼器進(jìn)行輔助定位,RFID技術(shù)則用于校準(zhǔn)定位。兩套方案相互冗余,共同實(shí)現(xiàn)斗輪機(jī)的作業(yè)定位。后,將采集得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,獲得被測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)。在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了數(shù)字化煤場(chǎng)盤煤系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)煤堆的三維重建。本論文中提供的斗輪機(jī)定位方式能夠滿足空間定位的精度要求,有良好的實(shí)用性和應(yīng)用價(jià)值。

1037448行星齒輪扭振信號(hào)測(cè)量編碼器DFS60B-S4EA01200工位轉(zhuǎn)臺(tái)裝置被廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化領(lǐng)域,是自動(dòng)化生產(chǎn)線*的一部分。本課題設(shè)計(jì)了一種伺服式多工位轉(zhuǎn)臺(tái)裝置,以交流伺服電機(jī)與諧波減速器組合驅(qū)動(dòng)多工位轉(zhuǎn)盤進(jìn)行間歇轉(zhuǎn)位運(yùn)動(dòng)；在不改變機(jī)械結(jié)構(gòu)的情況下,通過(guò)參數(shù)設(shè)置可以改變轉(zhuǎn)臺(tái)的分度數(shù)和分度周期,具有轉(zhuǎn)位柔性好、運(yùn)動(dòng)精度高等特點(diǎn),能夠滿足不同生產(chǎn)環(huán)境的使用要求。本課題的研究?jī)?nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面：1.簡(jiǎn)要闡述了伺服式多工位轉(zhuǎn)臺(tái)裝置的總體設(shè)計(jì)方案,確定了伺服驅(qū)動(dòng)元件和減速器的選型并進(jìn)行了機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。在分析多工位轉(zhuǎn)臺(tái)裝置運(yùn)動(dòng)規(guī)律的基礎(chǔ)上,進(jìn)行伺服式多工位轉(zhuǎn)臺(tái)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。采用STM32處理器作為控制核心,分別進(jìn)行了核心電路、電機(jī)控制電路和人機(jī)交互電路等控制硬件的設(shè)計(jì)；控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括控制主程序的設(shè)計(jì),速度規(guī)劃曲線的軟件實(shí)現(xiàn),基于有限狀態(tài)機(jī)的按鍵識(shí)別和參數(shù)設(shè)置程序設(shè)計(jì),以及轉(zhuǎn)盤原點(diǎn)復(fù)位和電機(jī)堵轉(zhuǎn)保護(hù)程序設(shè)計(jì)。2.針對(duì)交流伺服電機(jī)和諧波減速機(jī)構(gòu)進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模,并通過(guò)MATLAB/Simulink軟件對(duì)系統(tǒng)模型進(jìn)行了仿真,分析了系統(tǒng)剛度、摩擦阻尼、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和減速比等因素對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)性能的影響。3.闡述了多工位轉(zhuǎn)臺(tái)裝置的性能評(píng)價(jià)指標(biāo),并針對(duì)伺服式多工位轉(zhuǎn)臺(tái)裝置的精度檢測(cè)方案進(jìn)行了探索,選定電渦流位移傳感器和高精度角度編碼器作為檢測(cè)元件的精度測(cè)量方案,并進(jìn)行了檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)。4.搭建了伺服式多工位轉(zhuǎn)臺(tái)裝置的實(shí)驗(yàn)平臺(tái),在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了影響轉(zhuǎn)臺(tái)性能因素的實(shí)驗(yàn)研究,并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和比較,分析了實(shí)驗(yàn)誤差來(lái)源和解決方案。通過(guò)對(duì)樣機(jī)的實(shí)驗(yàn)研究,發(fā)現(xiàn)本課題研究的伺服式多工位轉(zhuǎn)臺(tái)能夠快速、平穩(wěn)的完成定位動(dòng)作,滿足設(shè)計(jì)要求,具有較高的實(shí)用價(jià)值。