钢轨平直度检测仪设计及误差分析与性能实验研究
这是一篇关于钢轨平直度检测,激光位移传感器,误差分析,AD7606,单片机的论文, 主要内容为钢轨轨道的平顺程度不仅影响着列车的运行速度和乘坐舒适性,而且会导致剧烈噪声和加速列车损坏,甚至危及行车安全。我国铁路行业的快速发展,对钢轨轨道的平顺程度要求的提高,导致铁路维修人员维护工作日益繁重。为了减轻铁路维修人员的工作负担,便携式钢轨平直度检测仪在国内被广泛应用。由于国内的高精度的便携式平直度检测仪起步较晚,目前国内的高精度平直度检测仪均是国外进口。针对上述问题,本文基于激光位移传感器完成一种钢轨平直度检测设备,完成检测仪的结构与软硬件设计,通过精密级大理石量块为基准对检测仪的测量误差进行分析与消除,对钢轨平直度检测仪的检测精度、重复精度进行实验研究。具体研究内容如下:针对钢轨平直度的检测需求,确定了采用精密级直线模组驱动两组(四个)激光位移传感器进行钢轨平直度测量的检测方案。完成了检测仪精密移动驱动装置、传感器安装定位装置、支撑定位装置的详细结构设计;根据检测仪检测系统需要实现高精度数据采集、无线通信和精密模组运动控制的需求,完成了检测仪电气控制系统主芯片、AD模块、蓝牙通讯模块的选型,确定了采用AD7606模块实现高精度数据采集,采用蓝牙HC05模块实现无线通信;以锂电池为电源完成了检测仪的外部供电电路以及STM32为主控芯片的主控板电路设计。检测仪的程序设计分为上下位机程序两部分。基于Keil5开发环境完成了检测仪的AD7606、蓝牙HC05、步进电机控制等下位机驱动子程序设计,使用FreeRTOS操作系统的多任务机制完了成检测仪下位机主程序开发;基于QT Creator开发工具完成了检测仪的上位机软件账户管理模块、无线通信模块、数据处理模块、数据可视化模块和数据存储模块的设计,基于QT for Android实现了检测仪上位机软件的跨平台运行。对检测仪的检测误差进行理论分析,确定检测仪的检测误差由检测仪数据采集系统误差(传感器误差、AD转换误差组成)、结构误差、装配误差和振动误差等组成;以精密级大理石量块工作面为基准,搭建检测仪误差分析平台,对检测仪各类误差的规律和性质进行实验分析。采用移动中值移动均值滤波算法和线性拟合标定方法对检测仪数据采集系统的随机误差和系统性误差进行了处理;以精密级大理石量块做基准对检测仪的装配误差、结构变形误差与振动误差进行了测试分析,获得各项误差变化规律,采用最小二乘法对系统变值误差进行了拟合,为检测仪提供了误差补偿措施。完成了检测仪实验样机机械结构的制造、装配以及软件系统的调试,采用LMS进行了检测仪动态特性测试,实验研究了不同运动方案对检测仪测量误差的影响规律,确定了检测仪测量的优化运动参数;以精密级大理石量块工作面为基准,对检测仪样机的测量精度和重复测量精度进行了测试,测试结果表明检测仪测量精度可达±0.41%FS(±0.025mm),重复精度可达±0.0167%FS(±0.01mm),可满足钢轨平直度检测标准的要求;采用国外与自制钢轨平直度检测仪对实际钢轨进行了性能对比实验,结果表明开发的钢轨平直度检测仪样机具有检测性能可靠、检测点多的特点,为钢轨平直度检测提供了技术支撑。
六自由度侧向装配智能设备开发与精度设计
这是一篇关于六自由度,侧向装配,误差分析,刚度计算,精度设计的论文, 主要内容为工业装配中,对于重量大、定位精度高、装配空间狭窄、中小批量、从侧面装入的作业要求,目前大多采用人工装配方法。该方法存在效率低、劳动强度大,易磕碰零部件的安全问题。适用于上述工况条件的自动化、智能化装配设备目前基本没有。针对这一情况,本文提出了一种六自由度侧向装配智能设备原型方案;结合动车组换气扇的装配工艺要求,设计了一种六自由度侧向装配自动化平台。为了解决六自由度的侧向装配智能设备精度评估和系统精度设计问题,对各运动单元和装配系统进行了误差分析和灵敏度分析,基于误差分析结果,给出了误差评估的方法,基于灵敏度分析结果,给出了各运动单元精度设计的允差分配流程。本文的主要研究内容如下:(1)本文提出了一种六自由度侧向装配智能设备原型方案;根据装配技术要求,首先制定了装配工艺流程;在此基础上提出了智能化位姿调整与数控送件入位相结合的设备原理方案。(2)基于设备原型,建立系统误差模型;探讨了各运动单元的误差来源和误差分布规律;运用多体运动学理论对各运动单元和整个装配系统给出了误差分析算法。(3)基于系统误差模型,建立误差灵敏度模型,采用归一化处理方法给出了求得误差项的误差灵敏系数的计算方法,并分析了各误差项的灵敏度规律,给出了允差分配原则。(4)结合动车组换气扇的装配工艺要求,设计了一种六自由度侧向装配平台;(5)针对以上平台,预设了制造精度引起的几何误差,采用有限元法对主要零部件和整机结构进行了刚度分析,并求解了因受力引起的变形误差;将各误差项代入系统误差模型进行误差计算,得到了各运动单元的误差值。对比设计要求,对不合格运动单元进行灵敏度分析,选择高灵敏度的误差项重新进行允差分配,最后给出了满足精度要求的设计公差。通过以上算例验证了误差分析算法、误差灵敏系数的计算方法和允差分配原则的正确性。
钢轨平直度检测仪设计及误差分析与性能实验研究
这是一篇关于钢轨平直度检测,激光位移传感器,误差分析,AD7606,单片机的论文, 主要内容为钢轨轨道的平顺程度不仅影响着列车的运行速度和乘坐舒适性,而且会导致剧烈噪声和加速列车损坏,甚至危及行车安全。我国铁路行业的快速发展,对钢轨轨道的平顺程度要求的提高,导致铁路维修人员维护工作日益繁重。为了减轻铁路维修人员的工作负担,便携式钢轨平直度检测仪在国内被广泛应用。由于国内的高精度的便携式平直度检测仪起步较晚,目前国内的高精度平直度检测仪均是国外进口。针对上述问题,本文基于激光位移传感器完成一种钢轨平直度检测设备,完成检测仪的结构与软硬件设计,通过精密级大理石量块为基准对检测仪的测量误差进行分析与消除,对钢轨平直度检测仪的检测精度、重复精度进行实验研究。具体研究内容如下:针对钢轨平直度的检测需求,确定了采用精密级直线模组驱动两组(四个)激光位移传感器进行钢轨平直度测量的检测方案。完成了检测仪精密移动驱动装置、传感器安装定位装置、支撑定位装置的详细结构设计;根据检测仪检测系统需要实现高精度数据采集、无线通信和精密模组运动控制的需求,完成了检测仪电气控制系统主芯片、AD模块、蓝牙通讯模块的选型,确定了采用AD7606模块实现高精度数据采集,采用蓝牙HC05模块实现无线通信;以锂电池为电源完成了检测仪的外部供电电路以及STM32为主控芯片的主控板电路设计。检测仪的程序设计分为上下位机程序两部分。基于Keil5开发环境完成了检测仪的AD7606、蓝牙HC05、步进电机控制等下位机驱动子程序设计,使用FreeRTOS操作系统的多任务机制完了成检测仪下位机主程序开发;基于QT Creator开发工具完成了检测仪的上位机软件账户管理模块、无线通信模块、数据处理模块、数据可视化模块和数据存储模块的设计,基于QT for Android实现了检测仪上位机软件的跨平台运行。对检测仪的检测误差进行理论分析,确定检测仪的检测误差由检测仪数据采集系统误差(传感器误差、AD转换误差组成)、结构误差、装配误差和振动误差等组成;以精密级大理石量块工作面为基准,搭建检测仪误差分析平台,对检测仪各类误差的规律和性质进行实验分析。采用移动中值移动均值滤波算法和线性拟合标定方法对检测仪数据采集系统的随机误差和系统性误差进行了处理;以精密级大理石量块做基准对检测仪的装配误差、结构变形误差与振动误差进行了测试分析,获得各项误差变化规律,采用最小二乘法对系统变值误差进行了拟合,为检测仪提供了误差补偿措施。完成了检测仪实验样机机械结构的制造、装配以及软件系统的调试,采用LMS进行了检测仪动态特性测试,实验研究了不同运动方案对检测仪测量误差的影响规律,确定了检测仪测量的优化运动参数;以精密级大理石量块工作面为基准,对检测仪样机的测量精度和重复测量精度进行了测试,测试结果表明检测仪测量精度可达±0.41%FS(±0.025mm),重复精度可达±0.0167%FS(±0.01mm),可满足钢轨平直度检测标准的要求;采用国外与自制钢轨平直度检测仪对实际钢轨进行了性能对比实验,结果表明开发的钢轨平直度检测仪样机具有检测性能可靠、检测点多的特点,为钢轨平直度检测提供了技术支撑。
一种六维并联测量装置的关键技术研究
这是一篇关于人机协作,并联机构,误差分析,运动学标定的论文, 主要内容为传统工业机器人操作方式复杂,基于拖拽示教方式的协作机器人编程效率较高。论文面向人机协作机器人高效高精度示教编程需求,研究一种六维测量装置的设计和开发关键技术,取得主要成果如下:首先,基于绳驱动方式,提出了一种六维并联测量装置,具有结构紧凑和系统分辨率较高的特点。采用封闭矢量方法建立该测量装置的运动学方程,基于牛顿拉普森方法构建出测量机构正逆解数值迭代算法,在运动学分析的基础上完成测量装置的工作空间分析。其次,在测量装置结构分析的基础上,确定影响六维测量装置精度的误差参数,构建出六维测量装置的几何误差映射模型,提出基于几何误差映射模型的误差参数辨识与补偿方法,并通过数值仿真验证上述误差模型的有效性。然后,以STM32芯片为核心设计出六维测量装置的硬件系统,包含基于磁编码器的传感电路设计和主控PCB电路板设计,基于串口通信实现STM32与磁编码器之间相互通讯;基于界面设计软件Qt Designer完成对测量装置的软件开发,实现了实时数据采集、零点校准、位姿计算、界面显示、上位机通讯等功能。最后,依托NDI测量系统,开展测量装置的标定和补偿实验。实验结果表明:采用论文提出误差测量与补偿方法,有效的提升了样机的测量精度。
一种六维并联测量装置的关键技术研究
这是一篇关于人机协作,并联机构,误差分析,运动学标定的论文, 主要内容为传统工业机器人操作方式复杂,基于拖拽示教方式的协作机器人编程效率较高。论文面向人机协作机器人高效高精度示教编程需求,研究一种六维测量装置的设计和开发关键技术,取得主要成果如下:首先,基于绳驱动方式,提出了一种六维并联测量装置,具有结构紧凑和系统分辨率较高的特点。采用封闭矢量方法建立该测量装置的运动学方程,基于牛顿拉普森方法构建出测量机构正逆解数值迭代算法,在运动学分析的基础上完成测量装置的工作空间分析。其次,在测量装置结构分析的基础上,确定影响六维测量装置精度的误差参数,构建出六维测量装置的几何误差映射模型,提出基于几何误差映射模型的误差参数辨识与补偿方法,并通过数值仿真验证上述误差模型的有效性。然后,以STM32芯片为核心设计出六维测量装置的硬件系统,包含基于磁编码器的传感电路设计和主控PCB电路板设计,基于串口通信实现STM32与磁编码器之间相互通讯;基于界面设计软件Qt Designer完成对测量装置的软件开发,实现了实时数据采集、零点校准、位姿计算、界面显示、上位机通讯等功能。最后,依托NDI测量系统,开展测量装置的标定和补偿实验。实验结果表明:采用论文提出误差测量与补偿方法,有效的提升了样机的测量精度。
基于压电效应的车辆动态称重系统研究
这是一篇关于动态称重,有限元分析,神经网络,误差分析,压电效应的论文, 主要内容为随着我国公路交通设施逐步健全,公路货运量逐年增加,机动车超限超载运输的现状屡禁不止并逐步加剧,对国家经济造成了巨大损失。目前车辆计重手段主要分为静态称重和动态称重。静态称重其称重精度高,但称重耗时长,占地面积达,效率极其低下;而动态称重可在车辆行驶中自动检测车辆载重信息,虽然在一定程度上提高了称重效率,但由于动态称重过程中影响称重精度的因素众多且称重算法不够成熟,使得动态称重的精度仍亟待提高。在此背景下,.本文以压电石英的灵敏度高、受温度影响低及体积小等特点为基础,设计了一套测量精度高、稳定性好、可靠性高的车辆动态称重系统。分别从系统硬件结构及称重算法方面提高了动态称重的称重精度。从而实现车辆在行驶状态下准确获取整车质量,能够有效对车辆的负荷状态进行检测。本文主要工作和研究成果如下:(1)车辆动态称重系统总体方案研究。针对目前动态称重系统的实际应用情况,以治理车辆超限超载为目标研究了车辆动态称重系统的设计原则,分析其组成与基本工作原理;设计了车辆动态称重系统的整体方案,并论述了整体方案的可行性。(2)动态称重传感器的研究。针对目前各类称重传感器的特点,在权衡成本与精度要求的基础上,以石英晶体为核心设计了基于压电效应的动态称重传感器,通过有限元分析验证传感器设计结构的合理性和可靠性、以标定实验验证了传感器的精度高、稳定性好及可靠性高等性能。(3)动态称重系统神经网络算法研究。构建基于深度GRU的车辆动态称重神经网络,制作了称重专用数据集,并对传感器输出信号进行分析与滤波处理,完成网络模型训练的同时并以测试数据集对算法进行了验证。验证结果表明,基于深度GRU的称重数据处理算法可实现精准预测车重。(4)车辆动态称重系统构件研究。以硬件和软件两方面协同实现车辆的动态称重。硬件包括了输电线路及电荷放大调理电路、高精度模拟信号采集电路、开关量矩阵电路等,软件设计则是配合硬件实现整个系统的功能。通过硬件和软件的协同进一步提升了本系统的智能化水平。(5)车辆动态称重系统道路实验验证。通过现场道路安装动态称重系统进行实地测试,进一步验证本文提出的基于压电效应的车辆动态称重系统的可靠性。结果表明,本文提出的基于压电效应的车辆动态称重系统设计合理有效,满足了车辆动态称重的各方面需求。
对抗二分排序的误差分析
这是一篇关于二分排序,对抗学习,误差分析,Rademacher复杂度的论文, 主要内容为二分排序学习在推荐系统、信息检索和生物信息学中有着广泛的应用。例如,在某个数据库中查找感兴趣的文档,本质上就是将文档按照相关程度进行排序。而当样本存在对抗样本时,排序算法的性能往往会大打折扣。因此研究对抗情形下二分排序问题数学理论基础是有意义的。本文旨在通过界定对抗二分排序学习的泛化误差,对算法的性能进行分析,主要内容归纳如下:1.针对只攻击正样本的情形,首先引入分布的映射,将对抗二分排序风险转化为标准二分排序风险;再借助Wasserstein距离,将标准排序风险转化为局部最差排序风险,并进一步转化为极小极大框架下的Pairwise学习问题;最后利用Rademacher复杂度得到对抗二分排序风险的泛化误差上界,并进一步转换得到对抗二分排序风险与标准二分排序经验风险间的差距。2.在损失函数是对称且单调非增的条件下,将对抗风险转换为标准风险;再借助对抗损失函数空间的 Pairwise ORC(Pairwise Offset Rademacher Complexity)刻画对抗Pairwise学习的泛化误差上界;对抗二分排序学习模型中,若打分函数空间为线性函数空间的子集,则可利用打分函数空间的Rademacher复杂度刻画对抗损失空间的Pairwise ORC上界,从而得到对抗二分排序风险的上界。
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