CN102636140A - 测量空间六自由度运动的伸缩拉杆式并联装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量空间六自由度运动的伸缩拉杆式并联装置，用于对运动物体进行空间六自由度运动的动态测量。在定平台(1)上有六个下球铰(2)，所述定平台(1)的上方设有装有六个上球铰(8)的动平台(7)，上球铰(8)与对应的下球铰(2)之间按最短距离原则通过伸缩拉杆(3)连接，伸缩拉杆(3)上装有位移传感器(4)。测得的数据经信号线(12)通过网络数据采集卡(13)经网线(14)传输到计算机(15)。本发明采用并联机构，刚度好、精度高、结构简单紧凑、稳定性好；实现了运动物的六自由度运动的同时测量，能够对原始数据和最终数据进行存储、读取，为以后被测物体六自由度运动规律的分析及模拟试验提供精确的数据支持。

Description

测量空间六自由度运动的伸缩拉杆式并联装置

技术领域

本发明涉及一种测量空间六自由度运动的伸缩拉杆式并联装置，用于同时对运动物体进行空间六自由度机械运动的动态测量。该六自由度包括：三自由度运动位移x(t)、y(t)、z(t)及三自由度运动角度θx(t)、θy(t)、θz(t)。

背景技术

任何一个物体在空间的运动都有6个自由度，即沿3个坐标轴方向的位移x(t)、y(t)、z(t)及绕3个坐标轴的旋转角度θx(t)、θy(t)、θz(t)。随着现代科学技术的发展，对航天航空、军事、机械和仪表等众多领域内的加工精度、安装精度和检测精度提出了更高的要求。工件的定位、精密零件的安装和运动物体在空间的位置与运动监测等，都需要多个自由度的测量、调整和控制。由于其广泛的应用前景，多自由度的同时测量是各国研究的热点，一直被作为检测领域的一个重要课题进行研究。

现有工业、军事以及航天航空等各种行业对物体空间运动的测量精度要求越来越高，并且工作环境也越来越复杂，原有的测量方式(如：传统的几何光学法、机器视觉技术法、基于激光跟踪法等)已不能够满足现代工业社会的要求。如火箭弹发射时产生的大推力、强冲击、高温高压、气浪导致发射车(发射箱)处于恶劣的力学环境中，引发发射车对火箭弹发射的初始扰动对火箭弹的飞行轨迹、命中率和打击精度产生严重影响。为了评价恶劣的力学环境对发射车上各关键部位可靠性和安全性的影响，考察发射车的抗扰动能力及对火箭弹射击精度的影响，对发射过程中的初始扰动各主要因素进行动态测试和研究。于是就需要有一种能够适应特殊环境下的测量装置，能够精确测量出被测物体(发射箱)的六个自由度的变化量，分析其规律并消除或减少这种不利的影响，以提高命中率和打击精度。

精度是衡量测量装置或方法的主要标准之一，但目前如用拉线式位移传感器测量发射装置六自由度运动，会产生多自由度耦合原理性误差，高温、气浪对拉线长度有影响，产生环境误差，甚至造成拉线断毁；由于受高温气浪的空气折射波动及烟雾粉尘等影响使基于机器视觉测量误差大，不能适应火箭弹(导弹)发射时的烟尘、高温环境，甚至完全不能使用；采用振动加速度传感器或振动速度传感器直接安装在发射装置上，经过积分得到速度或位移，该方法很难做到多自由度测量，由于高温、量程、频响及积分误差等导致误差较大；采用三轴陀螺仪测量空间三轴角速度，积分成角位移，该方法不能测量三轴位移，由于量程、频响及积分误差等引起较大误差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种测量空间六自由度运动的伸缩拉杆式并联装置，能够同时快速和精确地测量不同环境条件下被测运动物体的空间六自由度运动。

本发明采用高精度位移传感器直接对六个伸缩拉杆的位移变化进行测量，通过算法实现对同一测量点的三个运动位移和三个运动角度的六自由度高精度测量。

本发明的技术方案如下：一种伸缩拉杆式并联六自由度运动测量装置，其特征在于：在定平台(1)上装有六个下球铰(2)，一般为了简化计算和美观性这六个下球铰(2)在一个圆上或其两两连线构成一个六边形，六个下球铰(2)左右对称分布或其他规律分布；在所述定平台(1)的上方设有动平台(7)，该动平台(7)上装有六个上球铰(8)，六个上球铰(8)也围成一个环形或六边形。所述上球铰(8)与下球铰(2)一一对应，上球铰(8)与对应的下球铰(2)之间按最短距离原则通过伸缩拉杆(3)连接，在伸缩拉杆(3)上装有位移传感器(4)，位移传感器(4)的数据经信号线(12)传输给网络数据采集卡(13)，再通过网线(14)传输到计算机(15)。

采用以上技术方案，位移传感器可以直接检测出伸缩拉杆的伸缩变化量，得到任意时刻伸缩拉杆的长度，经计算机中预先编好的机构运动学算法计算出测量位置点的六自由度运动规律，在线实时的显示运动物体的空间姿态或六自由度变化曲线。同时可将每一次测量到的初始数据和计算处理后的最终数据存储在计算机中作为历史数据，为以后对被测物体六自由度运动的对比分析(如评价恶劣环境中发射装置各关键部位可靠性和安全性，考察发射装置的抗扰动能力及对火箭弹/导弹射击精度的影响，对发射过程中的初始扰动各主要因素进行动态测试和研究等)或各种模拟试验(如飞行器、车辆、轮船等行驶状况模拟实验)提供精确的数据支持。

定平台、伸缩拉杆和动平台通过球铰连接有机的组成一个整体，通过球铰以满足测量动平台带动伸缩拉杆做各种运动。这种以伸缩拉杆两端球铰来做空间转动，伸缩拉杆本身通过缸活塞、滑块导轨等方式实现直线移动的机构就是所谓的SPS结构。本发明采用个六SPS杆组结构并联，测量时：将被测运动物体刚性固定在动平台上，根据测量的实际需要在被测运动物体上设定适当的空间直角正交体坐标系o-xyz；动平台与运动物体一起运动，并带动六根伸缩拉杆运动；根据六个位移传感器测量的伸缩拉杆的长度变化量Δl_i(t)(i＝1，2，3，4，5，6)得到伸缩拉杆的长度l_i(t)(i＝1，2，3，4，5，6)；经机构运动学的正解算法计算，即可得到被测运动物体空间六自由度运动：三自由度运动位移x(t)、y(t)、z(t)及三自由度运动角度θ_x(t)、θ_y(t)、θ_z(t)；从而判定此时被测运动物体的位置姿态，就可得到被测运动物体的运动规律。

本发明首次实现了一套基于6-SPS并联机构的测量装置同时对同一测量点的三个运动位移和三个运动角度的六自由度测量。并联机构在测量过程中需承受大的冲击和震动，伸缩拉杆刚度高、质量小，并且转动灵活，抗冲击能力强，降低了并联测量机构对被测运动物体的附加力及附加质量。伸缩拉杆两端设计有球铰连接保证了伸缩拉杆与定平台和动平台之间的近乎无摩擦地空间转动。伸缩拉杆内部各运动组件的结合面都需要经过精加工，保证伸缩拉杆作近乎无摩擦地伸缩滑动运动，从而减少因摩擦阻力带来测量上的误差提高测量精度。本发明采用的并联机构，还能够根据环境或用户的需要改变机构的结构尺寸，消除了由于测量环境影响带来的不便。

为了简化结构、方便加工制造、降低成本，同时简化算法，所述定平台(1)和动平台(7)均为圆形，下球铰(2)在定平台(1)上按圆周均匀分布，上球铰(8)在动平台(7)上按圆周均匀分布。

为了简化结构、方便加工制造、降低成本，同时简化算法，所述定平台(1)和动平台(7)均为正六边形，在定平台(1)的六个角处安装下球铰(2)，动平台(7)的六个角处安装上球铰(8)。

所述伸缩拉杆(3)包括外壳缸体(31)和活塞伸缩杆(32)，外壳缸体(31)为上端敞口下端密封的圆筒结构，该外壳缸体(31)的下端通过连接头(11)与下球铰(2)连接，外壳缸体(31)的上端套入活塞伸缩杆(32)，所述活塞伸缩杆(32)的上端通过连接头与上球铰(8)连接。活塞伸缩杆(32)上开有限位槽，外壳缸体(31)上装有限位销，通过限位销定在限位槽中滑动起到限位作用。活塞式伸缩结构只有外壳缸体和活塞伸缩杆组成，结构简单，技术成熟，容易加工；并且接触面积大，运动平稳性高，刚度好。

在所述外壳缸体(31)的上部设置位移传感器(4)，该位移传感器(4)为激光位移传感器或电磁感应位移传感器，所述位移传感器(4)通过基座(5)固定于外壳缸体(31)上，与位移传感器(4)相配合的测量参考片(6)固定在活塞伸缩杆(32)的上端，该测量参考片(6)为圆盘结构。激光位移传感器可实现无接触远距离测量。具有速度快，精度高，量程大，抗光、电干扰能力强等优点；同时激光位移传感器的测量不受被测物的材料、质地、形状、反射率的限制；在从白色到黑色，从金属到陶瓷、塑料都可以测量；由于激光的光点很小，可以有效检测小面积被测面。而电磁感应位移传感器种类繁多，结构简单，灵敏度高，分辨力高；不受油污等介质的影响，并能进行非接触测量；响频范围宽，响应速度快，抗干扰能力强；线性好，性能稳定，重复性好，适用范围广。

所述伸缩拉杆(3)包括外壳基体(3-1)和滑块伸缩杆(3-2)，所述外壳基体(3-1)为上端敞口下端密封的矩形筒状结构，该外壳基体(3-1)的下端通过连接头(11)与下球铰(2)连接，外壳基体(3-1)的上端套入滑块伸缩杆(3-2)，所述滑块伸缩杆(3-2)的上端通过连接头与上球铰(8)连接，在所述外壳基体(3-1)的内壁上对称设置有两条导轨(3-3)，各导轨(3-3)与滑块伸缩杆(3-2)外壁上对应设置的导向槽滑动配合。滑块伸缩杆(3-2)上开有限位槽，外壳基体(3-1)上装有限位销，通过限位销定在限位槽中滑动起到限位作用。滑块式伸缩结构采用内藏式平板滑块结构，体积小，结构紧凑，运动精度高；并且承载能力大，使用寿命长，适用范围广。

安装在伸缩拉杆(3)上的位移传感器(4)为光栅位移传感器，该光栅位移传感器由光栅尺(41)和读数头(42)组成，在所述滑块伸缩杆(3-2)的外壁上沿其长度方向开有一条定位槽，光栅尺(41)安装在该定位槽中，在所述外壳基体(3-1)上部对应定位槽的位置开有一个缺口，读数头(42)安装在该缺口中，且读数头(42)通过基座(5)与外壳基体(3-1)相固定。光栅尺位移传感器一般包括光栅尺、读数头，采用可靠耐用的高精度五轴承系统设计，保证光学机械系统的稳定性，优异的重复定位性和高等级测量精度；传感器采用密封式结构，超溥型(加厚型)、性能可靠，安装、维护、保养简易；计数响应速度快，功能多，直接在数显表上进行正弦、余弦、正切函数等函数计算；有高水平的抗干扰能力，高稳定性、高速度、耐震动；能够停电记忆，有运动过滤功能等优点。

本发明的有益效果是：

1)采用并联机构，刚度好、精度高、结构简单紧凑，承载力强，负载/自重比大，稳定性好。

2)一套装置实现了对运动物体上同一测量点的三个运动位移和三个运动角度的六自由度运动测量，能够准确得到被测运动物体空间六自由度运动规律。

3)能够实现在线数据处理计算、在线实时的显示被测运动物体的空间姿态或六自由度变化曲线；能够对原始数据和最终数据进行存储、读取，为以后对被测物体六自由度运动的对比分析或模拟试验提供精确的数据支持。

3)灵活性好，适应能力强，可根据环境和用户需要改变机构的安装结构、尺寸大小及测量量程和精度等。

4)应用范围广，在机器人、并联机床、精密仪器测试设备等领域中较为普及，同时在飞行模拟器、风洞试验模型装置、空间对接设备等国防重点领域中也有相当重要的作用。

附图说明

图1为本发明的立体图。

图2为本发明中伸缩拉杆的一种结构示意图。

图3为图2的A-A剖视图。

图4为本发明中伸缩拉杆的另一种结构示意图。

图5为图4的B-B剖视图。

图6为本发明的原理简图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步地说明：

如图1所示，定平台1为平板结构，在定平台1上装有六个下球铰2，这六个下球铰2围成一个环形，并且六个下球铰2分成左边三个右边三个，左右两边的下球铰2对称分布。定平台1优选为圆形或正六边形，当定平台1为圆形时，下球铰2优选为在定平台1上按圆周均匀分布；当定平台1为正六边形时，下球铰2优选为分布在正六边形的六个角处。在所述定平台1的上方设有动平台7，该动平台7的形状与定平台1相同，动平台7优选为圆形或正六边形。在动平台7上装有六个上球铰8，六个上球铰8也围成一个环形，所述上球铰8围成的环形与下球铰2围成的环形形状相同，六个上球铰8也分成左边三个右边三个，左右两边的上球铰8对称分布。当动平台7为圆形时，上球铰8优选为按圆周均匀分布；当动平台7为正六边形时，上球铰8优选为分布在正六边形的六个角处。所述上球铰8与下球铰2一一对应，上球铰8与对应的下球铰2之间按最短距离原则通过伸缩拉杆3连接，六根伸缩拉杆3互不干涉。

如图1、图2、图3所示，伸缩拉杆3为活塞式结构，包括外壳缸体31和活塞伸缩杆32。所述外壳缸体31为上端敞口下端密封的圆筒结构，该外壳缸体31的下端通过连接头11与下球铰2连接，外壳缸体31的上端套入活塞伸缩杆32，所述活塞伸缩杆32的上端通过连接头与上球铰8连接。在所述外壳缸体31的上部设置位移传感器4，该位移传感器4为激光位移传感器或电磁感应位移传感器，所述位移传感器4通过基座5固定于外壳缸体31上，与位移传感器4相配合的测量参考片6固定在活塞伸缩杆32的上端，该测量参考片6为圆盘结构，结合基座5以适应位移传感器4在外壳缸体31上任意角度和位置的安装固定。

如图1、图4、图5所示，伸缩拉杆3为滑块导轨式结构，包括外壳基体3-1和滑块伸缩杆3-2。所述外壳基体3-1为上端敞口下端密封的矩形筒状结构，该外壳基体3-1的下端通过连接头11与下球铰2连接，外壳基体3-1的上端套入滑块伸缩杆3-2。所述滑块伸缩杆3-2的上端通过连接头与上球铰8连接，在所述外壳基体3-1的内壁上对称设置有两条导轨3-3，各导轨3-3与滑块伸缩杆3-2外壁上对应设置的导向槽滑动配合。安装在滑块导轨式伸缩拉杆3上的位移传感器4为光栅位移传感器，该光栅位移传感器由光栅尺41和读数头42组成，在所述滑块伸缩杆3-2的外壁上沿其长度方向开有一条定位槽，光栅尺41安装在该定位槽中，在所述外壳基体3-1上部对应定位槽的位置开有一个缺口，读数头42安装在该缺口中，且读数头42通过基座5与外壳基体3-1相固定。

本发明在定平台1上开有若干安装孔10用于固定并联测量机构，被测运动物体通过动平台7上的安装孔9可在动平台7上任意位置和姿态固定在一起。如果在被测对象或固定基座上，能够分别确定六个点用于伸缩拉杆3、上球铰8及下球铰2的安装固定，则可将动平台7或下定平台1分别集成到被测对象或固定基座上。位移传感器4不限于上述实施例，可根据环境和用户需要采用磁电式、电涡流式、激光(红外)式、拉线式等类型的位移传感器。位移传感器4经信号线12与网络数据采集卡13的输入端连接，网络数据采集卡13的输出端通过网线14与计算机15连接。

测量时，运动物体与动平台刚性固定连接，一起运动并带动六根伸缩拉杆运动；根据六个位移传感器测量的伸缩拉杆的长度变化量Δl_i(t)(i＝1，2，3，4，5，6)得到伸缩拉杆的长度l_i(t)(i＝1，2，3，4，5，6)；经机构运动学的正解算法计算，得到被测运动物体空间六自由度运动：三自由度运动位移x(t)、y(t)、z(t)及三自由度运动角度θ_x(t)、θ_y(t)、θ_z(t)；从而判定此时被测运动物体的位置姿态，就可得到被测运动物体的运动规律。

并联测量机构可以有很多的实现方式，可以根据不同需要来组合。定平台、动平台上球铰的分布、安装也可根据需要变化(如球铰球心不再同一平面等)，通过改变位置参数及形状可以得到几十甚至上百种。此外还可以根据实际使用情况，通过安装(如球铰对心或非对心安装、伸缩拉杆的初始长度和位置等方式)来实现动平台相对定平台的初始任意位置和姿态(如动平台和定平台平行或倾斜等)。

如图6所示，以机构中各球铰点的中心连线来表示机构的运动副，不表示实际结构。本机构有18个运动副，其中自由度为1的运动副数目为6个，与上下平台连接的自由度为3的球铰运动副数目各为6个，独立闭环数为5，局部自由度数目为6，故此机构的自由度为F＝6×(1+3+3)-6×5-6＝6。

在定平台上选取固定参考坐标系O-XYZ，其原点O与下平台的形心重合，Z轴垂直向上，Y轴与B₁B₆垂直，X轴平行于B₁B₆；动坐标系P-X′Y′Z′与动平台固连，其原点P与上平台的形心重合，Z轴垂直于上平台向上，X′轴与P₁P₆垂直，Y′轴平行于P₁P₆。动平台的运动可分解为随P-X′Y′Z′坐标原点P沿O-XYZ三个坐标轴方向上的平移(X(t)，Y(t)，Z(t))^T，以及绕坐标轴的旋转(α(t)，β(t)，γ(t))^T。为了避免发生角度间的“耦合”，一般采用欧拉角来描述刚体的旋转状态，而欧拉角的定义又随旋转次序的不同而不同。本发明中将欧拉角定义为依次绕Z轴旋转γ，绕Y轴旋转β，绕X轴旋转α。同理，被测运动物体可分解为随o-xyz坐标原点o沿P-X′Y′Z′三个坐标轴方向上的平移(x(t)，y(t)，z(t))^T，以及绕坐标轴的旋转(θ_x(t)，θ_y(t)，θ_z(t))^T。

P_i、B_i(i＝1，2，3，4，5，6)分别表示定平台和动平台上各球铰点，P_i(i＝1，2，3，4，5，6)在固定空间直角坐标系O-XYZ和动空间直角坐标系P-X′Y′Z′中的坐标向量表示分别为P(P_iX，P_iY，P_iZ)^T、P(P_iX′，P_iY′，P_iZ′)^T；B_i(i＝1，2，3，4，5，6)在固定空间直角坐标系O-XYZ中的坐标向量表示分别为B(B_iX，B_iY，B_iZ)^T，l_i表示杆P_iB_i的长度(i＝1，2，3，4，5，6)。静坐标向量P(P_iX，P_iY，P_iZ)^T和坐标向量P(P_iX′，P_iY′，P_iZ′)^T有如下变换公式：

$\left[\begin{array}{c}{P}_{\mathrm{iX}}\\ P_{\mathrm{iY}}\\ P_{\mathrm{iZ}}\end{array}\right]=\left[T\right]\×\left[\begin{array}{c}{P}_{{\mathrm{iX}}^{\′}}\\ P_{{\mathrm{iX}}^{\′}}\\ P_{{\mathrm{iX}}^{\′}}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right],$ i＝1，2，3，4，5，6。

其中T为坐标变换公式，这里有：

$\left[T\right]=\left[\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\β}\cos \mathrm{\γ}& -\cos \mathrm{\α}\sin \mathrm{\γ}+\sin \mathrm{\α}\sin \mathrm{\β}\cos \mathrm{\γ}& \sin \mathrm{\α}\sin \mathrm{\γ}+\cos \mathrm{\α}\sin \mathrm{\β}\cos \mathrm{\γ}\\ \cos \mathrm{\β}\sin \mathrm{\γ}& \cos \mathrm{\α}\cos \mathrm{\γ}+\sin \mathrm{\α}\sin \mathrm{\β}\sin \mathrm{\γ}& -\sin \mathrm{\α}\cos \mathrm{\γ}+\cos \mathrm{\α}\sin \mathrm{\β}\sin \mathrm{\γ}\\ -\sin \mathrm{\β}& \sin \mathrm{\α}\cos \mathrm{\β}& \cos \mathrm{\α}\cos \mathrm{\β}\end{array}\right]$

根据六根伸缩拉杆的长度变化，利用机构运动学算法解算出动平台的六自由度运动变化得出动平台的空间位姿V＝(X(t)，Y(t)，Z(t)，α(t)，β(t)，γ(t))^T，通过坐标变换得到被测运动物体的六自由度运动变化，确定被测物体的空间位姿W＝(x(t)，y(t)，z(t)，θ_x(t)，θ_y(t)，θ_z(t))^T。并联测量机构的伸缩拉杆上装有高精度位移传感器，能够精确地测量出拉杆长度变化Δl_i(t)(i＝1，2，3，4，5，6)；则六根伸缩拉杆的长度可表示为：l_i(t)＝l_i0±Δl_i(t)(i＝1，2，3，4，5，6)，其中l_i0表示伸缩拉杆的初始长度。则动平台位姿(X(t)，Y(t)，Z(t)，α(t)，β(t)，γ(t))^T和六根拉杆长度l_i(t)的非线性约束方程式为：

F_i(X(t)，Y(t)，Z(t)，α(t)，β(t)，γ(t))＝l_i ²-[(P_ix-B_ix)²+(P_iy-B_iy)²+(P_iz-B_iz)²]＝0，(i＝1，2，3，4，5，6)。

令V＝(X(t)，Y(t)，Z(t)，α(t)，β(t)，γ(t))^T，F(V)＝(f₁(V)，f₂(V)，f₃(V)，f₄(V)，f₅(V)，f₆(V))^T。选择适当的初始点V₀(如：V₀＝(0，0，1，0，0，0))。F_i(V₀)(i＝1，2，3，4，5，6)在V₀附近进行泰勒展开，取得其线性部分作为动平台姿态的牛顿迭带公式：

V_k+1＝V_k-[J(V_k)]^-1F(V_k)(k＝0，1，2，...)

其中 ${\left[J\left(V_k\right)\right]}^{-1}=\left[\begin{array}{ccc}\frac{\∂f_1}{\∂X}& \·& \frac{\∂f_1}{\∂\mathrm{\γ}}\\ \·& \·& \·\\ \frac{\∂f_6}{\∂X}& \·& \frac{\∂f_6}{\∂\mathrm{\γ}}\end{array}\right]$

经过多次迭代后，当满足|V_k+1-V_k|＜E(在这里E为求解后所要达到的精度要求)时终止迭代，此时的V_k+1便是满足精度要求的动平台空间位姿V＝(X(t)，Y(t)，Z(t)，α(t)，β(t)，γ(t))^T的值。再经坐标转换矩阵的转换、平移，可得被测运动物体的空间位姿W＝(x(t)、y(t)、z(t)，θ_x(t)、θ_y(t)、θ_z(t))^T。被测运动物体上的空间直角坐标系相对动平台上坐标系的坐标转换矩阵T′：

$T^{\′}=\left[\begin{array}{ccc}\cos {\mathrm{\θ}}_y\cos {\mathrm{\θ}}_z& -\cos {\mathrm{\θ}}_x\sin {\mathrm{\θ}}_z+\sin {\mathrm{\θ}}_x\sin {\mathrm{\θ}}_y\cos {\mathrm{\θ}}_z& \sin {\mathrm{\θ}}_x\sin {\mathrm{\θ}}_z+\cos {\mathrm{\θ}}_x\sin {\mathrm{\θ}}_y\cos {\mathrm{\θ}}_z\\ \cos {\mathrm{\θ}}_y\sin {\mathrm{\θ}}_z& \cos {\mathrm{\θ}}_x\cos {\mathrm{\θ}}_z+\sin {\mathrm{\θ}}_x\sin {\mathrm{\θ}}_y\sin {\mathrm{\θ}}_z& -\sin {\mathrm{\θ}}_x\cos {\mathrm{\θ}}_z+\cos {\mathrm{\θ}}_x\sin {\mathrm{\θ}}_y\sin {\mathrm{\θ}}_z\\ -\sin {\mathrm{\θ}}_y& \sin {\mathrm{\θ}}_x\cos {\mathrm{\θ}}_y& \cos {\mathrm{\θ}}_x\cos {\mathrm{\θ}}_y\end{array}\right]$

位移传感器测量得出的数据直接经信号线传给网络数据采集卡，再通过网线将数据传输到计算机。在对采集到的位移数据进行滤波、去噪、放大等预处理后，利用VC、MATLAB等编程语言将上述机构运动学算法变成程序语言，通过计算机的高速计算得到被测物体六自由度运动规律，同时实现在线实时的显示运动物体的空间姿态或六自由度变化曲线。本发明的测量装置能够实现对原始数据和最终数据进行存储、读取，为以后对被测物体六自由度运动的对比分析(如评价恶劣环境中发射装置各关键部位可靠性和安全性，考察发射装置的抗扰动能力及对火箭弹(导弹)射击精度的影响，对发射过程中的初始扰动各主要因素进行动态测试和研究等)或为各种模拟试验(如对飞行器、车辆、轮船等行驶状况模拟)提供精确的数据支持。

Claims (7)

1.一种测量空间六自由度运动的伸缩拉杆式并联装置，其特征在于：在定平台(1)上装有六个下球铰(2)，这六个下球铰(2)围成一个环形，六个下球铰(2)分成左边三个右边三个，左右两边的下球铰(2)对称分布；在所述定平台(1)的上方设有动平台(7)，该动平台(7)上装有六个上球铰(8)，六个上球铰(8)也围成一个环形，所述上球铰(8)与下球铰(2)一一对应，上球铰(8)与对应的下球铰(2)之间按最短距离原则通过伸缩拉杆(3)连接，在伸缩拉杆(3)上装有位移传感器(4)，位移传感器(4)的数据经信号线(12)传输给网络数据采集卡(13)，再通过网线(14)传输到计算机(15)。

2.根据权利要求1所述的测量空间六自由度运动的伸缩拉杆式并联装置，其特征在于：所述定平台(1)和动平台(7)均为圆形，下球铰(2)在定平台(1)上按圆周均匀分布，上球铰(8)在动平台(7)上按圆周均匀分布。

3.根据权利要求1所述的伸缩拉杆式并联六自由度运动测量机构，其特征在于：所述定平台(1)和动平台(7)均为六边形，在定平台(1)的六个角处安装下球铰(2)，动平台(7)的六个角处安装上球铰(8)。

4.根据权利要求1或2或3所述的测量空间六自由度运动的伸缩拉杆式并联装置，其特征在于：所述伸缩拉杆(3)包括外壳缸体(31)和活塞伸缩杆(32)，外壳缸体(31)为上端敞口下端密封的圆筒结构，该外壳缸体(31)的下端通过连接头(11)与下球铰(2)连接，外壳缸体(31)的上端套入活塞伸缩杆(32)，所述活塞伸缩杆(32)的上端通过连接头与上球铰(8)连接。

5.根据权利要求4所述的测量空间六自由度运动的伸缩拉杆式并联装置，其特征在于：在所述外壳缸体(31)的上部设置位移传感器(4)，该位移传感器(4)为激光位移传感器或电磁感应位移传感器，所述位移传感器(4)通过基座(5)固定于外壳缸体(31)上，与位移传感器(4)相配合的测量参考片(6)固定在活塞伸缩杆(32)的上端，该测量参考片(6)为圆盘结构。

6.根据权利要求1或2或3所述的测量空间六自由度运动的伸缩拉杆式并联装置，其特征在于：所述伸缩拉杆(3)包括外壳基体(3-1)和滑块伸缩杆(3-2)，所述外壳基体(3-1)为上端敞口下端密封的矩形筒状结构，该外壳基体(3-1)的下端通过连接头(11)与下球铰(2)连接，外壳基体(3-1)的上端套入滑块伸缩杆(3-2)，所述滑块伸缩杆(3-2)的上端通过连接头与上球铰(8)连接，在所述外壳基体(3-1)的内壁上对称设置有两条导轨(3-3)，各导轨(3-3)与滑块伸缩杆(3-2)外壁上对应设置的导向槽滑动配合。

7.根据权利要求6所述的测量空间六自由度运动的伸缩拉杆式并联装置，其特征在于：安装在伸缩拉杆(3)上的位移传感器(4)为光栅位移传感器，该光栅位移传感器由光栅尺(41)和读数头(42)组成，在所述滑块伸缩杆(3-2)的外壁上沿其长度方向开有一条定位槽，光栅尺(41)安装在该定位槽中，在所述外壳基体(3-1)上部对应定位槽的位置开有一个缺口，读数头(42)安装在该缺口中，且读数头(42)通过基座(5)与外壳基体(3-1)相固定。

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