一种多传感器融合的机构运动参数测试装置的制作方法

本发明属于机械原理机构运动学技术领域，特别涉及机构运动参数测试装置，具体为一种多传感器融合的机构运动参数测试装置。

背景技术：

在进行机构设计或机构创新时，研究机构的特性或者运动规律。常常需要利用实验手段对机构上关心的点或者运动副进行运动参数以及运动轨迹的测试。常用的测试手段是，使用一些转角类的传感器测量角位移，利用直动位移传感器测量平动构件的直线位移。利用一些数学方法可以间接得到速度和加速度值。

这些传感器，通常采用接触式安装方式。例如要测试某点，需要将传感器安装到对应位置，为保证测量效果，就需要保证安装要求，每次安装都需要重新调整。这在一些需要频繁安装的实验场合,尤其是有多种机构方案测试分析的情况，安装调整会消耗大量时间。采用这种点对点测试方式，每一个测试分析点都必须要至少对应一个测试传感器，在较为复杂的多测点的系统中，必然会导致测试系统复杂化。同时目前机构运动参数，常用的测试传感器大多是基于运动规则的转动副或移动副设计，对于构件上的其它非规则的运动，比如包含了转动、平动的复合运动，通用类传感器的使用就很受限制了，正因为如此，目前测试分析机构的运动参数的实验通常都是围绕规则运动的副展开。轨迹的规划和设计也是机构分析中一项很重要的内容，目前实验中比较常见的方式是，在测试点上附加书写笔或发光的点光源，利用笔迹或是基于主被动的光迹显示原理，进行轨迹测试与记录。无论那种形式，均是轨迹曲线的定性反映，都给后期的数字定量分析带来难题。

技术实现要素：

针对目前机构运动参数测试实验中的表现出的种种不足，本发明提供一种全新的测试装置以及使用方法。该装置具有结构简单、安装匹配方便、成本低等特点，可以满足多测点、多测试参数同步检测的实验要求。

本发明的技术方案：

一种多传感器融合的机构运动参数测试装置，包括上固定横梁1、下固定横梁2、左固定竖梁3、右固定竖梁4、固定立柱5、被测机构的滑道6、被测机构的滑块7、被测机构的曲柄8、被测机构的连杆9、感应测试销10、装置底座左支腿11、装置底座右支腿12、滑块固定垫片13、滑块固定螺栓14、底座扩展杆15、底座扩展杆固定螺栓16、底梁固定螺栓17、固定调节滑块座18、感应销柱19、测试销吸附磁铁20、安装座固定螺钉21、固定立柱紧固螺栓22、固定立柱紧固螺母23、坐标检测单元24、底座固定梁25、坐标检测安装座26；

由被测机构的滑道6、被测机构的滑块7、被测机构的曲柄8和被测机构的连杆9组成的各种被测试机构，通过固定调节滑块座18固定在固定立柱5上。

上固定横梁1、下固定横梁2、左固定竖梁3和右固定竖梁4铰接固定为口字型框架结构；上固定横梁1和下固定横梁2开有梯形槽，配合固定立柱紧固螺栓22和固定立柱紧固螺母23实现固定立柱5的固定，固定立柱5的数量和位置由待检测的机构决定；固定立柱5上固定调节滑块座18，固定调节滑块座18固定滑块时需要配合滑块固定垫片13和滑块固定螺栓14完成；固定调节滑块座18的数量和位置由机构的类型决定；

装置底座左支腿11、装置底座右支腿12和底座固定梁25焊接成工字结构，装置底座左支腿11、装置底座右支腿12和底座固定梁25均采用槽钢；装置底座左支腿11和装置底座右支腿12的一侧均开有长槽，通过底座扩展杆固定螺栓16将底座扩展杆15固定在装置底座左支腿11和装置底座右支腿12的长槽处；底座扩展杆15是中间设有安装槽的杆件，用于安装一些电机减速器等传动零件；

口字型框架结构和底座固定梁25间采用底梁固定螺栓17连接；坐标检测单元24为口字型，口字型的四条边框包围的中空部分，定义为测试平面；坐标检测单元24安装在坐标检测安装座26上；坐标检测安装座26为方形柱状结构，通过安装座固定螺钉21，将坐标检测安装座26与横梁、竖梁组成的口字型框架结构连接为一体；坐标检测安装座26设有折边，用来安装坐标检测单元24，折边的外边缘与坐标检测安装座26的外边相齐，二者连接使用强力胶粘合固定；

感应测试销10，如图5所示，由感应销柱19和测试销吸附磁铁20组成；感应销柱19采用轻质塑料材质，测试吸附磁铁20由强力胶粘合在感应销柱19内；使用时将感应测试销10吸附于被测的机构对应位置，感应测试销10的长度应超出坐标检测单元24所在的平面。

组成位置检测单元24的口字型的四条边框，其中2条边框安装有光电发射管，另外2条边框安装有光电接收管，光电发射管和光电接收管等间距排列，间距大小由元件的尺寸和后续坐标处理要求决定。光电发射管和光电接收管，按照x，y坐标排列组成了测试平面。

本发明的有益效果：本发明提供一种全新的测试装置，它可以实现机构运动参数测试环节的快速安装匹配，满足多个测试点的同步测试，轨迹数字化测量，还可以检测构件的复合运动，并且大大简化了实验测试环节的复杂程度，实现了多传感器的融合测试。

附图说明

图1为一种多传感器融合的机构运动参数测试的装置的应用示意图。

图2为图1的侧视图。

图3为未安装测试机构的装置后视图。

图4为图3的俯视图。

图5为感应测试销结构图。

图6为安装测试机构的固定调节滑块座结构图。

图7为坐标检测单元工作原理框图。

图8为坐标检测单元测试平面工作模式图。

图中：1上固定横梁；2下固定横梁；3左固定竖梁；4右固定竖梁；5固定立柱；6被测机构的滑道；7被测机构的滑块；8被测机构的曲柄；9被测机构的连杆；10感应测试销；11装置底座左支腿；12装置底座右支腿；13滑块固定垫片；14滑块固定螺栓；15底座扩展杆；16底座扩展杆固定螺栓；17底梁固定螺栓；18固定调节滑块座；19感应销柱；20测试销吸附磁铁；21安装座固定螺钉；22固定立柱紧固螺栓；23固定立柱紧固螺母；24坐标检测单元；25底座固定梁；26坐标检测安装座。

具体实施方式

以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。

本发明所测试运动参数的机构是指平面运动的机构类型，因此匹配被测试的机构机构系统，应保证其与位置测量单元的测试平面平行。被测试的机构任何部分，不能伸入到位置检测单元所在的测试平面。在没有定义测试点时，被测机构的运动规律是不能被测试的。

为了更好地说明本装置的工作情况，利用图1安装匹配好的被检测机构来说明本装置的使用情况。由图中指示可以看到，要分析a构件围绕转动副a的角运动参数，以及要测试c构件的直线运动参数，同时还要测试b构件的运动情况。选择测试位置如图1中所示分别为t1、t2、t3，接下来就要在系统中定义这些测试点。

测试装置测试点的定义，比较方便，只需将感应测试销吸附于构件上的需要测试的位置,本例中定义了3个测试点，分别在曲柄、连杆、滑块上，还可以根据测试分析需要可以定义更多测试点。定义好测试点后，此时被测机构就和位置检测装置的测试平面建立了联系，机构运动将使感应测试销的位置在测试平面内发生变动，该变动必然带来了坐标位置的变化，记录并处理这些坐标就可以得到测试点的运动情况。

位置检测单元是本发明检测的核心。基本的原理是，位置检测单元的测试平面由x和y坐标定义，当原点确定后，平面上每一个点的位置都被唯一确定。检测单元的测试平面的坐标定义采用光电发射管和光电接收管按照x，y坐标规则分布组成，发射管和接收管的数量由测试平面的面积大小决定，坐标关系按直角坐标系排列。有效坐标的发生借助光电发射和接收的物理特性，初始状态测试点未定义时，光电发射管发出的光照射到光电接收管上，此时测试平面各点坐标都处在无效状态，当测试点被定义后，测试点的有效坐标被测算出来，当该点在平面内移动时，也将会得到与之相对应的坐标变化。具体情况如图8。

该量值的原始信号为模拟电信号。经过滤波、放大等处理，调整到了一定大小范围，在系统产生的精确的时基信号δt作用下，经模数转换器最终量化为数字量。再经过后续的运算与处理，最终得到了与当前测试点所对应的实时位置信息。将该信息利用串口实时地传送给计算机或嵌入式系统。上位机根据接收的信息，结合时基δt，以及一些数学运算就可以得到所需要的运动参数。坐标检测单元工作原理见图7。

当被测机构在位置检测单元测试平面上某个测试点被定义后，如果保证机构的测试点以等间隔时间δt，连续获得该点相对于原点的坐标变化，则坐标就是该测试点运动情况的反映。同理当测试平面内如果存在多个测试点，只要保证在δt时间内对各点的坐标变化情况进行独立的跟踪测试，即可分别获得各个测试点的运动情况。在确定平面内，根据坐标的记录就可以生成轨迹，坐标或坐标变化记录经过运算就可以得到测试点速度或加速度值。这样就可以实现测试平面内机构运动参数分析中多个不同测试点多传感器融合同步测试。

本测试装置的位置测试单元使用的是光电发射和接收管来实现测试平面坐标位置定义的。其它一些光发射接收管诸如红外线、激光等，也可以实现这样的作用，因此也是本专利保护的范围。