基于多相机的柔性臂空间振动特性分析装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了基于多相机的柔性臂空间振动特性分析装置，包括双伺服电机驱动的两自由度大臂运动装置部分、实验台座及滑块三脚架平台组成的支撑系统部分，以及由三个相机构成的多相机空间测量分析系统部分；两自由度大臂运动装置部分固定安装在实验台座上，而多相机空间测量分析系统部分安装在滑块三脚架平台上。本实用新型专利技术应用多相机空间测量分析系统测量运动条件下两自由度大臂上标志点的空间位置，分析所得的标志点空间位置信息，得出两自由度大臂在立体空间中弯曲振动和扭转振动的信息，从而能够实现对两自由度大臂的振动主动控制，为实现空间站对多自由度的太空机械臂的空间主动控制奠定模拟实验基础。

【技术实现步骤摘要】
基于多相机的柔性臂空间振动特性分析装置
本技术涉及柔性结构的定位和振动控制
，尤其涉及一种基于多相机的柔性臂空间振动特性分析装置。
技术介绍
随着当今航天航空事业的快速发展，人类对太空空间探索的效率要求越来越迅速，其中太空物资的快速输送对航天器的维修以及空间站工作人员食物补给影响巨大，航天飞机达到目标空间站附近后，因太空环境的因素，航天飞机和空间站的对接十分困难，这样造成了物资输送的效率非常有限，原本十分简单的对接工作变得非常艰难，甚至可能导致物资输送严重拖延。而太空机械臂地成功研发并投入使用，几乎从根本上解决了空间站物资输送对接工作的难题。同时，太空机械臂除了能够快速完成空间站物资输送对接工作，还能实现对漂浮在附近空间的太空垃圾进行有效清理。太空机械臂是具有极精确的操作性和灵活性的智能型机器人，是精密机械、空间动力学、精密微型电子和控制等多门学科有机结合的高端航天设备。太空机械臂的成功应用及其相关技术的飞速发展，太空机械臂已经成为航天飞机和空间站之间的重要桥梁，也促进了航天飞机和国际空间站部分重要技术和空间科学研究的发展，扩大了人类在太空中的活动规模和范围。此类太空机械臂配备有多视角的视觉识别系统及其反馈主动控制，以及各类灵敏传感器的信号检测及其反馈主动控制，使得太空机械臂具有很好的自主分析和自主控制的能力，同时能够由空间站工作人员进行人为操控，实现精确的对接和空间废弃卫星、大型太空垃圾等的清理。太空机械臂目前主要采用长度达十几米的高强度合金管材，具备有多个自由度(一般为6个自由度)。在国际空间站的应用过程中，因管材长度与其直径的比值较大和自由度高，太空机械臂的弯曲振动和扭转振动情况对其精确遥控必然存在巨大的影响，因此对其振动的有效控制是决定太空机械臂能否正常应用于国际空间站的关键所在，对其弯曲振动和扭转振动的测量精准程度又是得出准确振动控制信息的基础。而多相机测量系统能够应用高速工业相机的高帧率、极短曝光时间、非接触式测量等特点，准确地实时动态记录太空机械臂的实验模拟情况，进而通过计算机处理记录的照片并分析得出各个标定点的准确振动信息，从而实现对太空机械臂的准确主动控制，同时为更高自由度太空机械臂能够成功应用于太空环境提供理论及实验基础。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的缺点与不足，本技术提供一种基于多相机的柔性臂空间振动特性分析装置，应用了高速工业相机的逐行扫描传感器和全局快门，在极短时间内能够清晰记录视景内信息的优点，实现对两自由度柔性臂的空间弯曲振动和扭转振动信息进行实时动态记录，以便准确地分析柔性臂在空间中的振动情况，为更高自由度柔性臂的振动分析提供参考基础。为解决上述技术问题，本技术提供如下技术方案：一种基于多相机的柔性臂空间振动特性分析装置，包括实验台座、减速机支撑座、交流伺服电机Ⅰ、减速机Ⅰ、工字延伸臂、柔性大臂Ⅰ、减速机支架、交流伺服电机Ⅱ、减速机Ⅱ以及柔性大臂Ⅱ；所述减速机支撑座固定于所述实验台座上，所述交流伺服电机Ⅰ固定于减速机支撑座上；所述减速机Ⅰ与交流伺服电机Ⅰ的驱动轴固定连接，所述柔性大臂Ⅰ通过所述工字延伸臂固定连接减速机Ⅰ，交流伺服电机Ⅰ通过轴驱动减速机Ⅰ，从而驱动柔性大臂Ⅰ；所述减速机Ⅱ通过所述减速机支架固定连接所述柔性大臂Ⅰ，所述交流伺服电机Ⅱ固定连接减速机Ⅱ，所述柔性大臂Ⅱ固定连接减速机Ⅱ，所述交流伺服电机Ⅱ轴驱动减速机Ⅱ，从而驱动柔性大臂Ⅱ做旋转运动。进一步地，所述的基于多相机的柔性臂空间振动特性分析装置还包括相机固定支架、可调支座Ⅰ、可调支座Ⅱ、相机快装台、相机总成Ⅰ、深度相机总成Ⅱ和平面相机总成；其中，可调支座Ⅰ一端固定相机固定支架上、另一端固定可调支座Ⅱ，相机快装台中部固定在可调支座Ⅰ和可调支座Ⅱ之间的连接处，相机总成Ⅰ和深度相机总成Ⅱ分别设置于相机快装台两端，平面相机总成设置于可调支座Ⅱ顶端；所述相机固定支架固定安装在实验台座旁，且相机总成Ⅰ、深度相机总成Ⅱ和平面相机总成的镜头正对实验台座。进一步地，所述的基于多相机的柔性臂空间振动特性分析装置还包括工业计算机以及编码器；所述编码器集成于所述交流伺服电机Ⅰ和交流伺服电机Ⅱ，用于检测交流伺服电机Ⅰ和交流伺服电机Ⅱ的转角位置信号，并将转角位置信号经过编码器解算卡后发送至工业计算机；所述工业计算机连接编码器和3个深度相机总成，用于接收深度相机总成发送的照片信息并进行分析处理，以及用于接收编码器发送的信息及处理信息。进一步地，所述相机固定支架采用三脚架，所述三脚架包括3个导轨总成、3个滑块总成、3个可调脚管部件以及相机系统云台；导轨总成分别通过滑块总成固定连接可调脚管部件的底部，3个可调脚管部件的顶部均固定相机系统云台，相机系统云台固定可调支座Ⅰ。进一步地，所述可调脚管部件包括2个球连接杆、脚管内轴杆、脚管锁紧旋钮、脚管外轴套和2个脚管侧端盖；每个所述可调脚管部件均能通过调节所述脚管锁紧旋钮改变其总长度，并通过拧紧脚管锁紧旋钮固定其目标长度，不同的可调脚管部件长度组合，实现相机系统云台不同的角度需求；同时球连接杆和脚管内轴杆端部、脚管外轴套端部及脚管侧端盖间都是采用球面配合，用于增强滑块三脚架平台支撑系统的灵活程度。进一步地，所述可调支座Ⅰ包括快装法兰、支座轴芯Ⅰ、支座锁紧旋钮Ⅰ、支座轴套Ⅰ以及支座法兰Ⅰ，快装法兰固定支座轴芯Ⅰ，支座法兰Ⅰ固定支座轴套Ⅰ；支座轴芯Ⅰ螺旋固定支座轴套Ⅰ，并通过支座锁紧旋钮Ⅰ调节支座轴芯Ⅰ的高度。进一步地，所述可调支座Ⅱ包括快装板、支座轴芯Ⅱ、支座锁紧旋钮Ⅱ、支座轴套Ⅱ及支座法兰Ⅱ，快装板固定支座轴芯Ⅱ，支座法兰Ⅱ固定支座轴套Ⅱ；支座轴芯Ⅱ螺旋固定支座轴套Ⅱ，并通过支座锁紧旋钮Ⅱ调节支座轴芯Ⅱ的高度。采用上述技术方案后，本技术至少具有如下有益效果：(1)采用的低回程间隙法兰输出减速机具有回程间隙很低、高强度和结构紧凑短小的特点，能够避免因减速机的回程间隙过大或者驱动部分产生的扭矩过大，对两自由度柔性臂的弯曲振动及扭转振动产生附加的不可忽略的影响；(2)滑块三脚架平台支撑系统结合了直线导轨能够很好平稳移动和三脚架可适性能力及其支撑稳定的优点，避免了在调整相机系统空间位置时，出现明显影响测量结果的晃动情况，以及对相机的高精度传感器造成损伤；(3)采用多相机测量系统能够准确测量两自由度柔性臂在三维空间的各种振动情况，保证了后续对柔性臂的振动分析具有很高的精确度，为柔性臂的振动控制提供了很好的保障；双目平行视觉深度相机和单目视觉平面相机都具有很强地灵活适应性，使得该测量系统有很强的测量能力。附图说明图1为本技术基于多相机的柔性臂空间振动特性分析装置的总体结构示意图；图2为本技术基于多相机的柔性臂空间振动特性分析装置的侧视图；图3为本技术基于多相机的柔性臂空间振动特性分析装置的俯视图；图4为本技术基于多相机的柔性臂空间振动特性分析装置的相机系统轴测放大示意图；图5为本技术基于多相机的柔性臂空间振动特性分析装置中可调支座Ⅰ的结构示意图；图6为本技术基于多相机的柔性臂空间振动特性分析装置中调支座Ⅱ的结构示意图；图7为本技术基于多相机的柔性臂空间振动特性分析装置中减速机支撑座的结构示意图；图8为本技术基于多相机的柔性臂空间振动特本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多相机的柔性臂空间振动特性分析装置，其特征在于，包括实验台座、减速机支撑座、交流伺服电机Ⅰ、减速机Ⅰ、工字延伸臂、柔性大臂Ⅰ、减速机支架、交流伺服电机Ⅱ、减速机Ⅱ以及柔性大臂Ⅱ；所述减速机支撑座固定于所述实验台座上，所述交流伺服电机Ⅰ固定于减速机支撑座上；所述减速机Ⅰ与交流伺服电机Ⅰ的驱动轴固定连接，所述柔性大臂Ⅰ通过所述工字延伸臂固定连接减速机Ⅰ，交流伺服电机Ⅰ通过轴驱动减速机Ⅰ，从而驱动柔性大臂Ⅰ；所述减速机Ⅱ通过所述减速机支架固定连接所述柔性大臂Ⅰ，所述交流伺服电机Ⅱ固定连接减速机Ⅱ，所述柔性大臂Ⅱ固定连接减速机Ⅱ，所述交流伺服电机Ⅱ轴驱动减速机Ⅱ，从而驱动柔性大臂Ⅱ做旋转运动。

【技术特征摘要】
1.一种基于多相机的柔性臂空间振动特性分析装置，其特征在于，包括实验台座、减速机支撑座、交流伺服电机Ⅰ、减速机Ⅰ、工字延伸臂、柔性大臂Ⅰ、减速机支架、交流伺服电机Ⅱ、减速机Ⅱ以及柔性大臂Ⅱ；所述减速机支撑座固定于所述实验台座上，所述交流伺服电机Ⅰ固定于减速机支撑座上；所述减速机Ⅰ与交流伺服电机Ⅰ的驱动轴固定连接，所述柔性大臂Ⅰ通过所述工字延伸臂固定连接减速机Ⅰ，交流伺服电机Ⅰ通过轴驱动减速机Ⅰ，从而驱动柔性大臂Ⅰ；所述减速机Ⅱ通过所述减速机支架固定连接所述柔性大臂Ⅰ，所述交流伺服电机Ⅱ固定连接减速机Ⅱ，所述柔性大臂Ⅱ固定连接减速机Ⅱ，所述交流伺服电机Ⅱ轴驱动减速机Ⅱ，从而驱动柔性大臂Ⅱ做旋转运动。2.如权利要求1所述的基于多相机的柔性臂空间振动特性分析装置，其特征在于，还包括相机固定支架、可调支座Ⅰ、可调支座Ⅱ、相机快装台、相机总成Ⅰ、深度相机总成Ⅱ和平面相机总成；其中，可调支座Ⅰ一端固定相机固定支架上、另一端固定可调支座Ⅱ，相机快装台中部固定在可调支座Ⅰ和可调支座Ⅱ之间的连接处，相机总成Ⅰ和深度相机总成Ⅱ分别设置于相机快装台两端，平面相机总成设置于可调支座Ⅱ顶端；所述相机固定支架固定安装在实验台座旁，且相机总成Ⅰ、深度相机总成Ⅱ和平面相机总成的镜头正对实验台座。3.如权利要求2所述的基于多相机的柔性臂空间振动特性分析装置，其特征在于，还包括工业计算机以及编码器；所述编码器集成于所述交流伺服电机Ⅰ和交流伺服电机Ⅱ，用于检测交流伺服电机Ⅰ和交流伺服电机Ⅱ的转角位置信号，并将转角位置信号经过编码器解算卡后发送至工业计算机；所述工业计算机连接编码器、相机总成Ⅰ、深度相机总成Ⅱ...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱志成，林浩辉，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：广东,44