基于机器视觉的扭摆法转动惯量测量技术研究

来源：电子测量技术杂志2022年第3期北京时间：

作者：汪睿，鲁承炜，孙天龙，李鸿基，张烈山

单位：浙江理工大学 机械与自动控制学院 杭州 310018

摘要：针对阻尼条件下刚体转动惯量的测量问题，提出一种融合机器视觉和扭摆法原理的新方法。根据扭摆法的测量原理，建立了摆角θ关于时间t、阻尼比ζ、无阻尼自振频率ωn的数学模型，最终推导出了线性阻尼条件下转动惯量的计算方法。利用高分辨率工业相机和成像系统对扭摆台进行摄像，经图像边缘捕获、特征点提取、摆角计算后得到摆角θ关于时间t的曲线，根据该曲线计算出阻尼比ζ、周期T和转动惯量I。搭建了一套实验系统，针对转动惯量不大于4.00×10-3 kg·m2的被测物体进行转动惯量测量实验，结果表明测量误差的绝对值不超过4.55×10-5 kg·m2；对于4种被测物进行了多次重复性测量实验，测量的标准差优于1.2×10-4 kg·m2。该方法可用于工程中刚体惯量的测量问题，对某型无人机进行了Z轴转动惯量实测，进一步验证了本文所述方法的有效性。

关键词：机器视觉;扭摆法;转动惯量;阻尼

基金资助：国家自然科学基金资助项目（61905220）；浙江省基础公益研究计划资助项目（LGF21F050004）；国家级大学生创新创业训练计划项目（202010338014）；浙江省大学生科技创新活动计划资助项目（2021R406002）