1037448行星齒輪扭振信號測量編碼器

1037448行星齒輪扭振信號測量編碼器DFS60B-S4EA01200當(dāng)前應(yīng)用于自動駕駛的多傳感器數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)大多采用多個模塊集成,因此存在著總體成本高、時間同步精度低、體積較大、組裝相對繁瑣等缺點。本文針對上述問題設(shè)計了一種以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。針對同步控制器的高集成度、高時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）建立高精度時鐘基準(zhǔn)。以高穩(wěn)石英晶振作為同步器的時鐘源,并結(jié)合GPS的PPS脈沖和NEMA數(shù)據(jù)對其進行校準(zhǔn),充分利用GPS的PPS脈沖長期穩(wěn)定性和高穩(wěn)石英晶體短時穩(wěn)定性高的優(yōu)勢,建立整個測量時間范圍內(nèi)的高精度時間基準(zhǔn)。（2）實現(xiàn)多傳感器的同步。根據(jù)各傳感器特性,分別對慣性導(dǎo)航單元、相機等傳感器采用主動同步,三維激光雷達采用授時同步,車輪編碼器采用被動同步,以純硬件方式采集各傳感器數(shù)據(jù)并打上時間標(biāo)簽作為同步對齊的標(biāo)志,實現(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)計與調(diào)試。設(shè)計了慣性導(dǎo)航單元、車輪編碼器、差分GPS、三維激光雷達等多傳感器數(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電路,并對整個硬件電路進行調(diào)試,實現(xiàn)對多傳感器數(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,通過硬件描述語言建立高精度時間基準(zhǔn);設(shè)計了SPI接口控制并采集慣導(dǎo)數(shù)據(jù);設(shè)計了UART接口對三維激光雷達同步授時,實現(xiàn)FPGA與TX2指令交互以及編碼器、相機的同步數(shù)據(jù)的傳輸;設(shè)計了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試車輛上進行的自動駕駛測試,其實驗結(jié)果表明,該同步控制器能夠?qū)崟r為自動駕駛提供GPS、三維激光雷達、慣性導(dǎo)航單元、車輪編碼器、相機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駕駛定位精度可達到土10cm,同步控制器系統(tǒng)時間精度可達±1 μs。該同步控制器還具有體積小、重量輕、造價低、集成度高、數(shù)據(jù)處理速率快以及擴展性強等優(yōu)點,目前已經(jīng)成功應(yīng)用在深圳智繪科技有限公司、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院等機構(gòu)的園區(qū)自動駕駛項目中,在電力巡檢、高精度定位、導(dǎo)航及移動測量等諸多領(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。對斗輪機實現(xiàn)自動化改造,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于實現(xiàn)斗輪機自動控制的必要性。為了實現(xiàn)斗輪機自動控制,需要對料場設(shè)備進行的空間定位,使整個料場中的所有設(shè)備處于統(tǒng)一的三維坐標(biāo)系中,保證斗輪機安全、有效地運行。本文主要通過分析斗輪堆取料機和二維激光掃描儀的工作原理和各項參數(shù),結(jié)合目前主流的室內(nèi)定位技術(shù),完成斗輪機作業(yè)定位的設(shè)計方案。首先介紹了斗輪堆取料機的各個機構(gòu),研究了堆取料自動控制的原理。重點研究了二維激光掃描儀的測距原理以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧鞒?。然后通過對室內(nèi)定位技術(shù)的比較,選擇UWB無線定位技術(shù)以及RFID技術(shù)來對斗輪機進行定位。本文設(shè)計了兩套定位方案,UWB作為主要定位技術(shù),配以值編碼器進行輔助定位,RFID技術(shù)則用于校準(zhǔn)定位。兩套方案相互冗余,共同實現(xiàn)斗輪機的作業(yè)定位。后,將采集得到的數(shù)據(jù)進行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,獲得被測點的三維坐標(biāo)。在此基礎(chǔ)上開發(fā)了數(shù)字化煤場盤煤系統(tǒng),實現(xiàn)煤堆的三維重建。本論文中提供的斗輪機定位方式能夠滿足空間定位的精度要求,有良好的實用性和應(yīng)用價值。

1037448行星齒輪扭振信號測量編碼器DFS60B-S4EA01200工位轉(zhuǎn)臺裝置被廣泛應(yīng)用于自動化領(lǐng)域,是自動化生產(chǎn)線*的一部分。本課題設(shè)計了一種伺服式多工位轉(zhuǎn)臺裝置,以交流伺服電機與諧波減速器組合驅(qū)動多工位轉(zhuǎn)盤進行間歇轉(zhuǎn)位運動；在不改變機械結(jié)構(gòu)的情況下,通過參數(shù)設(shè)置可以改變轉(zhuǎn)臺的分度數(shù)和分度周期,具有轉(zhuǎn)位柔性好、運動精度高等特點,能夠滿足不同生產(chǎn)環(huán)境的使用要求。本課題的研究內(nèi)容主要包括以下幾個方面：1.簡要闡述了伺服式多工位轉(zhuǎn)臺裝置的總體設(shè)計方案,確定了伺服驅(qū)動元件和減速器的選型并進行了機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計。在分析多工位轉(zhuǎn)臺裝置運動規(guī)律的基礎(chǔ)上,進行伺服式多工位轉(zhuǎn)臺的控制系統(tǒng)設(shè)計。采用STM32處理器作為控制核心,分別進行了核心電路、電機控制電路和人機交互電路等控制硬件的設(shè)計；控制系統(tǒng)軟件設(shè)計主要包括控制主程序的設(shè)計,速度規(guī)劃曲線的軟件實現(xiàn),基于有限狀態(tài)機的按鍵識別和參數(shù)設(shè)置程序設(shè)計,以及轉(zhuǎn)盤原點復(fù)位和電機堵轉(zhuǎn)保護程序設(shè)計。2.針對交流伺服電機和諧波減速機構(gòu)進行了數(shù)學(xué)建模,并通過MATLAB/Simulink軟件對系統(tǒng)模型進行了仿真,分析了系統(tǒng)剛度、摩擦阻尼、轉(zhuǎn)動慣量和減速比等因素對轉(zhuǎn)臺性能的影響。3.闡述了多工位轉(zhuǎn)臺裝置的性能評價指標(biāo),并針對伺服式多工位轉(zhuǎn)臺裝置的精度檢測方案進行了探索,選定電渦流位移傳感器和高精度角度編碼器作為檢測元件的精度測量方案,并進行了檢測裝置的設(shè)計。4.搭建了伺服式多工位轉(zhuǎn)臺裝置的實驗平臺,在此基礎(chǔ)上進行了影響轉(zhuǎn)臺性能因素的實驗研究,并對實驗數(shù)據(jù)進行處理和比較,分析了實驗誤差來源和解決方案。通過對樣機的實驗研究,發(fā)現(xiàn)本課題研究的伺服式多工位轉(zhuǎn)臺能夠快速、平穩(wěn)的完成定位動作,滿足設(shè)計要求,具有較高的實用價值。