[發明專利]測量空間六自由度運動的伸縮拉桿式并聯裝置

有效

• 申請號: 201210107529.4
• 申請日: 2012-04-12
• 公開（公告）號: CN102636140A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發明（設計）人: 謝志江;孫小勇;蹇開林;王成非;雷鋼;宋代平;陳平;劉小波
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01B21/04
• 分類號: G01B21/04;G01B21/22
• 代理公司: 重慶市前沿專利事務所 50211
• 代理人: 方洪

技術領域

本發明涉及一種測量空間六自由度運動的伸縮拉桿式并聯裝置，用于同時對運動物體進行空間六自由度機械運動的動態測量。該六自由度包括：三自由度運動位移x(t)、y(t)、z(t)及三自由度運動角度θx(t)、θy(t)、θz(t)。

背景技術

任何一個物體在空間的運動都有6個自由度，即沿3個坐標軸方向的位移x(t)、y(t)、z(t)及繞3個坐標軸的旋轉角度θx(t)、θy(t)、θz(t)。隨著現代科學技術的發展，對航天航空、軍事、機械和儀表等眾多領域內的加工精度、安裝精度和檢測精度提出了更高的要求。工件的定位、精密零件的安裝和運動物體在空間的位置與運動監測等，都需要多個自由度的測量、調整和控制。由于其廣泛的應用前景，多自由度的同時測量是各國研究的熱點，一直被作為檢測領域的一個重要課題進行研究。

現有工業、軍事以及航天航空等各種行業對物體空間運動的測量精度要求越來越高，并且工作環境也越來越復雜，原有的測量方式(如：傳統的幾何光學法、機器視覺技術法、基于激光跟蹤法等)已不能夠滿足現代工業社會的要求。如火箭彈發射時產生的大推力、強沖擊、高溫高壓、氣浪導致發射車(發射箱)處于惡劣的力學環境中，引發發射車對火箭彈發射的初始擾動對火箭彈的飛行軌跡、命中率和打擊精度產生嚴重影響。為了評價惡劣的力學環境對發射車上各關鍵部位可靠性和安全性的影響，考察發射車的抗擾動能力及對火箭彈射擊精度的影響，對發射過程中的初始擾動各主要因素進行動態測試和研究。于是就需要有一種能夠適應特殊環境下的測量裝置，能夠精確測量出被測物體(發射箱)的六個自由度的變化量，分析其規律并消除或減少這種不利的影響，以提高命中率和打擊精度。

精度是衡量測量裝置或方法的主要標準之一，但目前如用拉線式位移傳感器測量發射裝置六自由度運動，會產生多自由度耦合原理性誤差，高溫、氣浪對拉線長度有影響，產生環境誤差，甚至造成拉線斷毀；由于受高溫氣浪的空氣折射波動及煙霧粉塵等影響使基于機器視覺測量誤差大，不能適應火箭彈(導彈)發射時的煙塵、高溫環境，甚至完全不能使用；采用振動加速度傳感器或振動速度傳感器直接安裝在發射裝置上，經過積分得到速度或位移，該方法很難做到多自由度測量，由于高溫、量程、頻響及積分誤差等導致誤差較大；采用三軸陀螺儀測量空間三軸角速度，積分成角位移，該方法不能測量三軸位移，由于量程、頻響及積分誤差等引起較大誤差。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于提供一種測量空間六自由度運動的伸縮拉桿式并聯裝置，能夠同時快速和精確地測量不同環境條件下被測運動物體的空間六自由度運動。

本發明采用高精度位移傳感器直接對六個伸縮拉桿的位移變化進行測量，通過算法實現對同一測量點的三個運動位移和三個運動角度的六自由度高精度測量。

本發明的技術方案如下：一種伸縮拉桿式并聯六自由度運動測量裝置，其特征在于：在定平臺(1)上裝有六個下球鉸(2)，一般為了簡化計算和美觀性這六個下球鉸(2)在一個圓上或其兩兩連線構成一個六邊形，六個下球鉸(2)左右對稱分布或其他規律分布；在所述定平臺(1)的上方設有動平臺(7)，該動平臺(7)上裝有六個上球鉸(8)，六個上球鉸(8)也圍成一個環形或六邊形。所述上球鉸(8)與下球鉸(2)一一對應，上球鉸(8)與對應的下球鉸(2)之間按最短距離原則通過伸縮拉桿(3)連接，在伸縮拉桿(3)上裝有位移傳感器(4)，位移傳感器(4)的數據經信號線(12)傳輸給網絡數據采集卡(13)，再通過網線(14)傳輸到計算機(15)。

采用以上技術方案，位移傳感器可以直接檢測出伸縮拉桿的伸縮變化量，得到任意時刻伸縮拉桿的長度，經計算機中預先編好的機構運動學算法計算出測量位置點的六自由度運動規律，在線實時的顯示運動物體的空間姿態或六自由度變化曲線。同時可將每一次測量到的初始數據和計算處理后的最終數據存儲在計算機中作為歷史數據，為以后對被測物體六自由度運動的對比分析(如評價惡劣環境中發射裝置各關鍵部位可靠性和安全性，考察發射裝置的抗擾動能力及對火箭彈/導彈射擊精度的影響，對發射過程中的初始擾動各主要因素進行動態測試和研究等)或各種模擬試驗(如飛行器、車輛、輪船等行駛狀況模擬實驗)提供精確的數據支持。