一种基于三点压力信息的调平方法

技术领域

本发明属于平面调平领域，具体涉及一种基于三点压力信息的调平方法。

背景技术

平面调平技术在生产生活过程中应用广泛，常见的有工程车辆底盘调平、实验室试验台调平、农业机械作业姿态调平、特种车辆属具调平等。以往的调平方法大都是根据被调平面的角度信息来反推执行部件的调整量。

比如公开号CN116182038A专利《一种自动调平装置及其调平方法》中所提及的调平方法便是根据水平传感单元获取盖板倾斜信息，根据倾斜信息反推计算每个基点的待抬起高度。

这类调平方法的调平效果十分依赖于运动学公式的准确性，且对调平系统的软硬件要求较高；一旦调平系统的结构尺寸发生改变，便需要重新建立角度信息与调整量的运动学公式，适配性较差；此外，该类调平方法不能应用于被调平面和基准平面间有压力要求的情况。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于：针对一些现有调平方法存在的技术问题，本发明提供了一种基于三点压力信息的调平方法，无需进行复杂的数学运算，仅依靠被调平面的三点压力信息以及阈值组合的选取，实现较为精确的调平效果，同时十分适合对压力有要求的调平场合。

本发明提出的技术方案为：本方法要求的调平系统应包括基准平面、被调平面、压力传感器、控制器、执行部件等。需围绕被调平面中心点等角度间隔、等中心距安装三个压力传感器，压力传感器的最大量程应大于两平面间最大压力的三分之二，具体安装方式见图1。被调平面至少需要围绕自身两条正交中心轴线的转动以及沿着基准平面法向方向的移动这三个自由度，具体见图2。一种基于三点压力信息进行调平的调平方法，其步骤如下：

步骤(1)，选取合适的接触阈值和平行阈值，接触阈值应小于两平面间最大压力的三分之一，平行阈值根据实际精度要求选取；

步骤(2)，持续读取三个压力传感器的读数，记作A、B、C,该步骤贯穿整个调平过程，处于一直执行的状态；

步骤(3)，持续根据三个压力传感器的读数与接触阈值的关系，将被调平面与基准平面的接触状态分为8种，每种接触状态有其对应的粗调动作，具体见图4。持续判断每一时刻的接触状态并执行相应粗调动作。当A、B、C均大于接触阈值时，被调平面三点均与基准平面接触，两平面基本平行，完成粗调平。步骤3完成，保持被调平面位置不动，转入步骤4。

步骤(4)，持续计算两两压力传感器的差的绝对值X＝|A-B|、Y＝|B-C|、Z＝|A-C|并判断A、B、C的大小关系，根据每一时刻的A、B、C的大小关系将两平面的压力分布状态分为6种情况，每种压力分布状态都有其对应的微调动作，具体见图5。持续判断每一时刻的压力分布状态，执行相应微调动作并判断X、Y、Z与平行阈值的关系，当X、Y、Z均小于平行阈值时，精调完成，两平面平行且压力分布均匀，保持被调平面位姿，调平过程结束。

为了确保本调平方法的调平效果，本发明还提出了一种适用于本调平方法的阈值组合选取和性能评价方法，具体见图6，同时保证了本调平方法的效率和精度。其步骤如下：

步骤(1)，确定接触阈值取值范围和平行阈值范围：

步骤(a)，在0至两平面极限压力的40％范围内按照一定间隔从小到大依次选取一个接触阈值。

步骤(b)，按照步骤(a)中所选取的接触阈值，执行本调平方法的步骤(2)、步骤(3)。若无法完成本调平方法步骤(3)，即执行多次粗调动作后仍无法达到A、B、C均大于接触阈值的状态，则该次实验对应的接触阈值应排除在接触阈值取值范围外，记录无法完成本调平方法步骤(3)所对应的接触阈值。

步骤(c),在0至两平面极限压力的40％范围内去除无法完成本调平方法步骤(3)所对应的接触阈值，即为接触阈值的取值范围。

步骤(d),平行阈值的取值范围最小值为0，平行阈值的取值范围最大值＝两平面极限压力的40％-步骤(c)中确定的接触阈值取值范围的最大值。

步骤(2)，获得性能参数：

步骤(a)，在步骤(1)中确定的接触阈值和平行阈值取值范围内，按一定间隔选取(接触阈值，平行阈值)组合，称为阈值组合。

步骤(b),按照步骤(a)中选取的阈值组合，执行本调平方法的步骤(2)、步骤(3)和步骤(4)。记录每个阈值组合下本调平方法步骤(3)完成时的执行粗调动作的次数，后称粗调次数。记录每个阈值组合下本调平方法步骤(4)完成时的三压力传感器读数和执行微调动作的次数，后称精调次数。

步骤(3)，调平性能评价和最佳阈值组合选取：

步骤(a)，计算相同接触阈值，不同平行阈值下的粗调次数平均值R和粗调次数方差R

步骤(b)，计算各接触阈值下的粗调综合性能指标

步骤(c)，根据步骤(b)的结果，最佳阈值组合为：最大粗调综合性能指标R

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明提出的调平方法无需进行复杂的运动学建模，对软硬件要求较低。

2.本发明基于平面三点力值信息结合相应调平策略判断模块进行调平，面对不同设备，无需重新建立运动学模型，只需略微改变调整量即可，适配性较好。

3.本发明同时提出了一种适用于本调平方法的最佳阈值组合选取和性能评价方法，同时保证了本调平方法的效率和精度。

4.本发明提出的调平方法反应的是被调平面和基准平面间的压力信息，十分适用于对两平面有压力要求的应用场景。

附图说明

图1：传感器布置方式示意图

图2：调平系统示意图

图3：调平流程图

图4：粗调策略判断模块示意图

图5：精调策略判断模块示意图

图6：阈值组合选取和性能评价方法方法示意图

图7：具体实施例1示意图

具体实施例

下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但本发明不限于以下实施例。

一种基于三点压力信息的调平方法，调平系统应包括基准平面、被调平面、压力传感器、控制器、执行部件等。需围绕被调平面中心点等角度间隔、等中心距安装三个压力传感器，压力传感器的最大量程应大于两平面间最大压力的三分之二。被调平面至少需要围绕自身两条正交中心轴线的转动以及沿着基准平面法向方向的移动这三个自由度。一种基于三点压力信息进行调平的调平方法，其步骤如下：

步骤(1)，选取合适的接触阈值和平行阈值，接触阈值应小于两平面间最大压力的三分之一，平行阈值根据实际精度要求选取；

步骤(2)，持续读取三个压力传感器的读数，记作A、B、C,该步骤贯穿整个调平过程，处于一直执行的状态；

步骤(3)，持续根据三个压力传感器的读数与接触阈值的关系，将被调平面与基准平面的接触状态分为8种，每种接触状态有其对应的粗调动作。持续判断每一时刻的接触状态并执行相应粗调动作。当A、B、C均大于接触阈值时，被调平面三点均与基准平面接触，两平面基本平行，完成粗调平。步骤3完成，保持被调平面位置不动，转入步骤4。

步骤(4)，持续计算两两压力传感器的差的绝对值X＝|A-B|、Y＝|B-C|、Z＝|A-C|并判断A、B、C的大小关系，根据每一时刻的A、B、C的大小关系将两平面的压力分布状态分为6种情况，每种压力分布状态都有其对应的微调动作。持续判断每一时刻的压力分布状态，执行相应微调动作并判断X、Y、Z与平行阈值的关系，当X、Y、Z均小于平行阈值时，精调完成，两平面平行且压力分布均匀，保持被调平面位姿，调平过程结束。

按规定方式在被调平面上安装三个压力传感器，且调平过程中持续读取三个压力传感器读数。

被调平面至少需要围绕自身两条正交中心轴线的转动以及沿着基准平面法向方向的移动这三个自由度。

选取合适的接触阈值和平行阈值。

所述步骤(3)根据粗调策略判断模块得出每时刻的粗调动作，持续执行粗调动作直至三传感器读数均大于接触阈值，完成粗调平。

所述步骤(4)根据精调策略判断模块得出每时刻的微调动作，持续执行微调动作直至两两压力传感器的差的绝对值均小于平行阈值，完成调平。

实施例1

如图7所示，现有一4自由度机械臂，安装有一个1自由度末端执行器，执行器夹持一被调平面，被调平面上按图1的安装形式安装了三个量程100N的压力传感器A、B、C。通过该机械臂以及其末端执行器可以实现图2中所描述的沿X轴、Y轴的旋转和沿Z轴的上下移动,且机械臂对两平面可施加的极限压力为70N。现要实现被调平面和基准平面间的调平，具体流程如下：

步骤(1)，参照图6，确定最佳阈值组合：

步骤(a)，在0～28N的范围内，以0.5N的间隔依次选取一个接触阈值。

步骤(b)，按照步骤(a)中选取的接触阈值，执行本调平方法的步骤(2)、步骤(3)，直到测试完所有接触阈值。

步骤(c)，记录下无法完成本调平方法步骤(3)所对应的接触阈值,测试得接触阈值在在23～28N时，无法完成本调平方法步骤(3)。

步骤(d)，接触阈值取值范围为0～23N，平行阈值取值范围为0～5N。

步骤(e)，在步骤(d)确定得阈值范围内，以0.5N为间隔选取(接触阈值，平行阈值)的阈值组合，共计460个组合。

步骤(f)，按照步骤(e)中确定的460个阈值组合，执行本调平方法的步骤(2)、步骤(3)和步骤(4)，直到测试完所有阈值组合。记录每个阈值组合下本调平方法步骤(3)完成时的执行粗调动作的次数和本调平方法步骤(4)完成时的三压力传感器读数和执行微调动作的次数。

步骤(g)，计算相同接触阈值，不同平行阈值下的粗调次数平均值C和粗调次数方差Cv。计算相同平行阈值，不同接触阈值下的精调次数均值J和三压力传感器的读数方差Jv。

步骤(h)，计算各接触阈值下的粗调综合性能指标

步骤(i)，根据步骤(h)计算结果,粗调综合性能指标最大值对应的接触阈值为9N，粗调综合性能指标最大值对应的平行阈值为4N。因此最佳阈值组合为(9N,4N)。

步骤(2)，完成粗调：

步骤(a)，按照选定的最佳阈值组合，参照图3、图4，将被调平面与基准平面的接触状态分为8种情况，每种接触状态有其对应的粗调动作。

步骤(b)，持续判断每一时刻的接触状态并通过机械臂和末端执行器执行相应粗调动作。当A、B、C均大于9N时，被调平面三点均与基准平面接触，两平面基本平行，完成粗调平，保持被调平面位姿。

步骤(3)，完成精调：

步骤(a)，持续计算两两压力传感器的差的绝对值X＝|A-B|、Y＝|B-C|、Z＝|A-C|。

步骤(b)，按照选定的最佳阈值组合，参照图3、图5，将两平面的压力分布状态分为6种情况。每种压力分布状态都有其对应的微调动作。

步骤(c)，持续判断每一时刻的压力分布状态并通过机械臂和末端执行器执行相应微调动作。当X、Y、Z均小于4N时，精调完成，两平面平行且压力分布均匀，保持被调平面位姿，调平过程结束。

上述实施例仅仅是为清楚的说明本发明创造所作的举例，而并非对本发明创造具体实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则支内所引申出的任何显而易见的变化或变动仍处于本发明创造权利要求的保护范围之内。