CN108020217A - 一种全姿态自动检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全姿态自动检测方法及装置，属于测试传感技术领域。本发明通过人机交互控制系统及高精度的伺服电机对被检测传感器进行检测，从而检测出相对运动物体的运动姿态；通过控制各伺服电机驱动各丝杆做圆周运动；丝杆上的螺母将圆周运动转化为直线运动；从而实现角度和位移的精确控制；具体为伺服电机主轴与水平面平行时，主轴驱动倾斜托盘倾角变化；伺服电机主轴与水平面垂直时，主轴的旋转体现为航向角变化；从而实现其对航向角和倾角的调整驱动。变换了伺服电机的安装方式。本发明的优点在于，1、一次检测五个参数，减少了测试的工作量；2、一次测试没有累加误差；3、能测试出不同物理量之间的相互作用关系；4、对于基于卫星载波相位差分技术（RTK）的位移测试，可在室外空旷的地方或市电供应的地方进行。

Description

一种全姿态自动检测方法及装置

技术领域

本发明涉及一种全姿态自动检测方法及装置，属于测试传感技术领域。

背景技术

现有技术中，对于相对运动的物体，体现其运动的物理量通常取以下五个参数：航向角，横滚角，俯仰角，水平位移，铅锤位移；传感器作为检测运动物体物理量的主要仪器，其本身的精度直接会影响检测的结果；测试台体作为传感器精度检测的主要器件，其精度对于传感器的本身参数的定量起到至关重要的作用。目前对于传感器上述的五个物理量的检测，往往采用分开单个参数测试的方式，每个物理量做不同的实验来测试。这样会有以下弊端：其一、多次的测试增加了测试的工作量；其二、多次的测试带来累加误差；其三、不能测试出不同物理量之间的相互作用关系；其四、对于基于卫星载波相位差分技术（RTK）的位移测试，必须要在室外空旷的地方进行。综上所述，本发明人以其专业眼光设计一款可以自动检测的方法与装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全姿态自动检测方法及装置，从而克服现有技术的不足。

本发明通过以下技术方案实现，本发明通过人机交互控制系统及高精度的伺服电机对被检测传感器进行检测，从而检测出相对运动物体的运动姿态；

具体检测以下五个物理量，航向角，横滚角，俯仰角，水平位移，铅锤位移；

所述的五个物理量基于空间直角坐标系，采用右手直角坐标系；右手直角坐标系定义为：右手拇指指向x轴的正方向，食指指向y轴的正方向，中指能指向z轴的正方向；如图2所示；

设物体沿X轴转动为俯仰角；沿Y轴旋转为航向角；沿Z轴旋转为横滚角；物体沿X轴或者Z轴移动的距离为水平位移；物体沿Y轴移动的距离为铅锤位移；

所述的航向角为当前物体与地磁正北方向的夹角，其值为0至359°；

所述的横滚角和俯仰角为当前物体与水平面的夹角，水平位移的监测方式是基于卫星载波相位差分技术RTK；其监测的特点为基于卫星导航定位技术，广泛应用于野外有导航定位卫星信号覆盖的空旷地方；

通过控制各伺服电机驱动各丝杆做圆周运动；丝杆上的螺母将圆周运动转化为直线运动；从而实现角度和位移的精确控制；具体为伺服电机主轴与水平面平行时，主轴驱动倾斜托盘倾角变化；伺服电机主轴与水平面垂直时，主轴的旋转体现为航向角变化；从而实现其对航向角和倾角的调整驱动。变换了伺服电机的安装方式。

本发明包括以下检测装置：

包括安装在基座底部的四个脚轮，以及设置在基座上的总伺服编程控制器；总伺服编程控制器通过触摸式人机交互控制器控制检测装置的各伺服电机；

还包括固定在基座上的X轴支架，两条平行的X轴滑动导轨固定设置在X轴支架上；X轴驱动伺服电机固定在基座上，X轴驱动伺服电机的主轴还与X轴传动丝杆刚性连接；四块X轴支撑滑块设置在X轴滑动导轨上，并沿导轨滑动，X轴支撑滑块的顶部与X轴滑动托盘刚性连接；X轴滑动托盘的底部还与X轴传动丝杆上的螺母刚性连接，并沿X轴作直线运动；

航向角驱动伺服电机总成固定设置在X轴滑动托盘上；航向角驱动伺服电机总成的主轴和倾角驱动伺服电机总成刚性连接；倾角驱动伺服电机总成的主轴和倾斜托盘刚性连接；所述的航向角驱动伺服电机总成和倾角驱动伺服电机总成具备锁止机构，其作用有：一、伺服电机停止动作时锁止机构会保存现有的位置不变；二、当发生意外情况如停电、系统运行错误时，及时锁止运动部件。

竖直的Y轴支架与Y轴驱动伺服电机和固定在倾斜托盘上；两条平行的Y轴滑动导轨固定在Y轴支架上；Y轴传动丝杆与Y轴驱动伺服电机的主轴刚性连接；两块Y轴支撑滑块设置在Y轴滑动导轨上，并沿导轨滑动；Y轴滑动托盘与Y轴支撑滑块的顶部刚性连接；Y轴滑动托盘与Y轴传动丝杆上的螺母刚性连接，并沿Y轴作直线运动；

Z轴支架与Y轴滑动托盘的顶部刚性连接；两条平行的Z轴滑动导轨与Z轴驱动伺服电机固定在Z轴支架上；Z轴驱动伺服电机设置在Z轴滑动导轨的外侧端面，Z轴传动丝杆与Z轴驱动伺服电机的主轴刚性连接；两块Z轴支撑滑块设置在Z轴滑动导轨上，并沿导轨滑动；Z轴支撑滑块的顶部与Z轴滑动托盘刚性连接；Z轴滑动托盘与Z轴传动丝杆上的螺母刚性连接，并沿Z轴作直线运动；被检测传感器固定在Z轴滑动托盘上。

总伺服编程控制器与接触式人机交互控制器采用有线连接，或者无线连接；也支持通过互联网或者广域网远程编程控制。

总伺服编程控制器与各伺服电机采用市电供电，或者采用12至48V蓄电池供电，对用测试基于卫星载波相位差分技术RTK的水平垂直位移测试，方便在市电供应的地方或野外使用。所述的伺服驱动电机独立运行，互不受干扰和牵制；在非初始状态下可以测试不同角度之间的相互作用；

所述的各丝杆总成包括丝杆，螺母，连轴器，各伺服电机主轴通过连轴器与丝杆刚性连接。丝杆传动采用现有自动锁止功能，所述的三处丝杆、螺母传动中无需额外设置锁止机构。

所述的倾角驱动伺服电机总成和航向角驱动伺服电机总成有自动锁止机构。

所述的脚轮用于整个测试台体的水平状态调整，脚轮与基座为螺纹连接。

本发明还包括以下检测方法：步骤1，初始状态为：Y轴支架保持绝对垂直，且Y轴支架与X轴支架7相互垂直，构成右手空间直角坐标系；将被检测传感器固定设置在Z轴滑动托盘上；X、Y、Z轴支撑滑块位于；X、Y、Z轴滑动导轨的几何中心位置，本发明中在测试的极限位置处设置有限位装置，当X、Y、Z轴支撑滑块滑动到边界位置时触碰限位装置，使伺服电机停止动作，从而保护相关零部件不被损坏；

步骤2，水平位移测试方法：本检测装置在初始状态下，由X轴驱动伺服电机通过X轴传动丝杆，驱动X轴滑动托盘做直线运动，从而驱动安装在X轴滑动托盘上的机构做直线运动，完成X轴方向水平位移测试；再由Z轴驱动伺服电机通过Z轴传动丝杆，驱动Z轴滑动托盘做直线运动，从而驱动安装在Z轴滑动托盘上的被检测传感器做直线运动，完成Z轴方向水平位移测试；

步骤3，航向角测试方法：航向角驱动伺服电机总成动作时，驱动安装在航向角驱动伺服电机总成主轴上的机构做圆周运动，完成航向角测试；

步骤4，垂直位移测试方法：本检测装置在初始状态下，由Y轴驱动伺服电机通过Y轴传动丝杆驱动Y轴滑动托盘做直线运动，从而驱动安装在Y轴滑动托盘上的机构做直线运动，完成垂直位移测试；

步骤5，横滚角测试方法：本检测装置在初始状态下，由倾角驱动伺服电机总成驱动倾斜托盘产生角度倾斜，安装在倾斜托盘上的机构一起联动，完成横滚角测试；

步骤6，俯仰角测试方法：航向角驱动伺服电机总成顺时针旋转90°，从而驱动与航向角驱动伺服电机总成相连的机构一起旋转90°，使得Z轴支架的铅锤投影与X轴支架重合，倾角驱动伺服电机总成驱动倾斜托盘产生角度倾斜，安装在倾斜托盘上的机构一起联动，完成俯仰角测试。

本发明的优点在于，1、一次检测五个参数，减少了测试的工作量；2、一次测试没有累加误差；3、能测试出不同物理量之间的相互作用关系；4、对于基于卫星载波相位差分技术（RTK）的位移测试，可在室外空旷的地方或市电供应的地方进行。

附图说明

图1为本发明结构图。

图2为右手直角坐标系示意图。

具体实施方式

下面结合附图1至2对本发明的优选实施例作进一步说明，本发明通过人机交互控制系统及高精度的伺服电机对被检测传感器6进行检测，从而检测出相对运动物体的运动姿态；

具体检测以下五个物理量，航向角，横滚角，俯仰角，水平位移，铅锤位移；

所述的五个物理量基于空间直角坐标系，采用右手直角坐标系；右手直角坐标系定义为：右手拇指指向x轴的正方向，食指指向y轴的正方向，中指能指向z轴的正方向；如图2所示；

设物体沿X轴转动为俯仰角；沿Y轴旋转为航向角；沿Z轴旋转为横滚角；物体沿X轴或者Z轴移动的距离为水平位移；物体沿Y轴移动的距离为铅锤位移；

所述的航向角为当前物体与地磁正北方向的夹角，其值为0至359°；

所述的横滚角和俯仰角为当前物体与水平面的夹角，水平位移的监测方式是基于卫星载波相位差分技术RTK；其监测的特点为基于卫星导航定位技术，广泛应用于野外有导航定位卫星信号覆盖的空旷地方；

通过控制各伺服电机驱动各丝杆做圆周运动；丝杆上的螺母将圆周运动转化为直线运动；从而实现角度和位移的精确控制；具体为伺服电机主轴与水平面平行时，主轴驱动倾斜托盘倾角变化；伺服电机主轴与水平面垂直时，主轴的旋转体现为航向角变化；从而实现其对航向角和倾角的调整驱动。变换了伺服电机的安装方式。

本发明包括以下检测装置：

包括安装在基座2底部的四个脚轮21，以及设置在基座2上的总伺服编程控制器1；总伺服编程控制器1通过触摸式人机交互控制器11控制检测装置的各伺服电机；

还包括固定在基座2上的X轴支架7，两条平行的X轴滑动导轨71固定设置在X轴支架7上；X轴驱动伺服电机72固定在基座2上，X轴驱动伺服电机72的主轴还与X轴传动丝杆73刚性连接；四块X轴支撑滑块74设置在X轴滑动导轨71上，并沿导轨滑动，X轴支撑滑块74的顶部与X轴滑动托盘75刚性连接；X轴滑动托盘75的底部还与X轴传动丝杆73上的螺母刚性连接，并沿X轴作直线运动；

航向角驱动伺服电机总成4固定设置在X轴滑动托盘75上；航向角驱动伺服电机总成4的主轴和倾角驱动伺服电机总成3刚性连接；倾角驱动伺服电机总成3的主轴和倾斜托盘5刚性连接；所述的航向角驱动伺服电机总成4和倾角驱动伺服电机总成3具备锁止机构，其作用有：一、伺服电机停止动作时锁止机构会保存现有的位置不变；二、当发生意外情况如停电、系统运行错误时，及时锁止运动部件。

竖直的Y轴支架8与Y轴驱动伺服电机82和固定在倾斜托盘5上；两条平行的Y轴滑动导轨81固定在Y轴支架8上；Y轴传动丝杆83与Y轴驱动伺服电机82的主轴刚性连接；两块Y轴支撑滑块84设置在Y轴滑动导轨81上，并沿导轨滑动；Y轴滑动托盘85与Y轴支撑滑块84的顶部刚性连接；Y轴滑动托盘85与Y轴传动丝杆83上的螺母刚性连接，并沿Y轴作直线运动；

Z轴支架9与Y轴滑动托盘85的顶部刚性连接；两条平行的Z轴滑动导轨91与Z轴驱动伺服电机92固定在Z轴支架9上；Z轴驱动伺服电机92设置在Z轴滑动导轨91的外侧端面，Z轴传动丝杆93与Z轴驱动伺服电机92的主轴刚性连接；两块Z轴支撑滑块94设置在Z轴滑动导轨91上，并沿导轨滑动；Z轴支撑滑块91的顶部与Z轴滑动托盘95刚性连接；Z轴滑动托盘95与Z轴传动丝杆93上的螺母刚性连接，并沿Z轴作直线运动；被检测传感器6固定在Z轴滑动托盘95上。

总伺服编程控制器1与接触式人机交互控制器11采用有线连接，或者无线连接；也支持通过互联网或者广域网远程编程控制。

总伺服编程控制器与各伺服电机采用市电供电，或者采用12至48V蓄电池供电，对用测试基于卫星载波相位差分技术RTK的水平垂直位移测试，方便在市电供应的地方或野外使用。所述的伺服驱动电机独立运行，互不受干扰和牵制；在非初始状态下可以测试不同角度之间的相互作用；

所述的各丝杆总成包括丝杆，螺母，连轴器，各伺服电机主轴通过连轴器与丝杆刚性连接。丝杆传动采用现有自动锁止功能，所述的三处丝杆、螺母传动中无需额外设置锁止机构。

所述的倾角驱动伺服电机总成3和航向角驱动伺服电机总成4有自动锁止机构。

所述的脚轮21用于整个测试台体的水平状态调整，脚轮21与基座2为螺纹连接。

本发明还包括以下检测方法：步骤1，初始状态为：Y轴支架保持绝对垂直，且Y轴支架8与X轴支架7相互垂直，构成右手空间直角坐标系；将被检测传感器6固定设置在Z轴滑动托盘95上；X、Y、Z轴支撑滑块74、84、94位于；X、Y、Z轴滑动导轨71、81、91的几何中心位置，本发明中在测试的极限位置处设置有限位装置，当X、Y、Z轴支撑滑块74、84、94滑动到边界位置时触碰限位装置，使伺服电机停止动作，从而保护相关零部件不被损坏；

步骤2，水平位移测试方法：本检测装置在初始状态下，由X轴驱动伺服电机72通过X轴传动丝杆73，驱动X轴滑动托盘75做直线运动，从而驱动安装在X轴滑动托盘75上的机构做直线运动，完成X轴方向水平位移测试；再由Z轴驱动伺服电机92通过Z轴传动丝杆93，驱动Z轴滑动托盘95做直线运动，从而驱动安装在Z轴滑动托盘95上的被检测传感器6做直线运动，完成Z轴方向水平位移测试；

步骤3，航向角测试方法：航向角驱动伺服电机总成4动作时，驱动安装在航向角驱动伺服电机总成4主轴上的机构做圆周运动，完成航向角测试；

步骤4，垂直位移测试方法：本检测装置在初始状态下，由Y轴驱动伺服电机82通过Y轴传动丝杆83驱动Y轴滑动托盘85做直线运动，从而驱动安装在Y轴滑动托盘85上的机构做直线运动，完成垂直位移测试；

步骤5，横滚角测试方法：本检测装置在初始状态下，由倾角驱动伺服电机总成3驱动倾斜托盘5产生角度倾斜，安装在倾斜托盘5上的机构一起联动，完成横滚角测试；

步骤6，俯仰角测试方法：航向角驱动伺服电机总成4顺时针旋转90°，从而驱动与航向角驱动伺服电机总成4相连的机构一起旋转90°，使得Z轴支架9的铅锤投影与X轴支架7重合，倾角驱动伺服电机总成3驱动倾斜托盘5产生角度倾斜，安装在倾斜托盘上5的机构一起联动，完成俯仰角测试。由于一次检测五个参数，减少了测试的工作量，没有累加误差；且能测试出不同物理量之间的相互作用关系；对于基于卫星载波相位差分技术（RTK）的位移测试，还可在室外空旷的地方或市电供应的地方进行。

Claims (8)

1.一种全姿态自动检测方法，其特征在于：通过人机交互控制系统及高精度的伺服电机对被检测传感器（6）进行检测，从而检测出相对运动物体的运动姿态；

具体检测以下五个物理量，航向角，横滚角，俯仰角，水平位移，铅锤位移；

所述的五个物理量基于空间直角坐标系，采用右手直角坐标系；

设物体沿X轴转动为俯仰角；沿Y轴旋转为航向角；沿Z轴旋转为横滚角；物体沿X轴或者Z轴移动的距离为水平位移；物体沿Y轴移动的距离为铅锤位移；

所述的航向角为当前物体与地磁正北方向的夹角，其值为0至359°；

所述的横滚角和俯仰角为当前物体与水平面的夹角，水平位移的监测方式是基于卫星载波相位差分技术（RTK）；

通过控制各伺服电机驱动各丝杆做圆周运动；丝杆上的螺母将圆周运动转化为直线运动；从而实现角度和位移的精确控制；具体为伺服电机主轴与水平面平行时，主轴驱动倾斜托盘倾角变化；伺服电机主轴与水平面垂直时，主轴的旋转体现为航向角变化；从而实现其对航向角和倾角的调整驱动。

2.一种全姿态自动检测装置，根据权利要求1所述的一种全姿态自动检测方法，其特征在于包括以下检测装置：

包括安装在基座（2）底部的四个脚轮（21），以及设置在基座（2）上的总伺服编程控制器（1）；总伺服编程控制器（1）通过触摸式人机交互控制器（11）控制检测装置的各伺服电机；

还包括固定在基座（2）上的X轴支架（7），两条平行的X轴滑动导轨（71）固定设置在X轴支架（7）上；X轴驱动伺服电机（72）固定在基座（2）上，X轴驱动伺服电机（72）的主轴还与X轴传动丝杆（73）刚性连接；四块X轴支撑滑块（74）设置在X轴滑动导轨（71）上，并沿导轨滑动，X轴支撑滑块（74）的顶部与X轴滑动托盘（75）刚性连接；X轴滑动托盘（75）的底部还与X轴传动丝杆（73）上的螺母刚性连接，并沿X轴作直线运动；

航向角驱动伺服电机总成（4）固定设置在X轴滑动托盘（75）上；航向角驱动伺服电机总成（4）的主轴和倾角驱动伺服电机总成（3）刚性连接；倾角驱动伺服电机总成（3）的主轴和倾斜托盘（5）刚性连接；

竖直的Y轴支架（8）与Y轴驱动伺服电机（82）和固定在倾斜托盘（5）上；两条平行的Y轴滑动导轨（81）固定在Y轴支架（8）上；Y轴传动丝杆（83）与Y轴驱动伺服电机（82）的主轴刚性连接；两块Y轴支撑滑块（84）设置在Y轴滑动导轨（81）上，并沿导轨滑动；Y轴滑动托盘（85）与Y轴支撑滑块（84）的顶部刚性连接；Y轴滑动托盘（85）与Y轴传动丝杆（83）上的螺母刚性连接，并沿Y轴作直线运动；

Z轴支架（9）与Y轴滑动托盘（85）的顶部刚性连接；两条平行的Z轴滑动导轨（91）与Z轴驱动伺服电机（92）固定在Z轴支架（9）上；Z轴驱动伺服电机（92）设置在Z轴滑动导轨（91）的外侧端面，Z轴传动丝杆（93）与Z轴驱动伺服电机（92）的主轴刚性连接；两块Z轴支撑滑块（94）设置在Z轴滑动导轨（91）上，并沿导轨滑动；Z轴支撑滑块（91）的顶部与Z轴滑动托盘（95）刚性连接；Z轴滑动托盘（95）与Z轴传动丝杆（93）上的螺母刚性连接，并沿Z轴作直线运动；被检测传感器（6）固定在Z轴滑动托盘（95）上。

3.根据权利要求2所述的一种全姿态自动检测装置，其特征在于：

总伺服编程控制器（1）与接触式人机交互控制器（11）采用有线连接，或者无线连接；也支持通过互联网或者广域网远程编程控制。

4.根据权利要求2所述的一种全姿态自动检测装置，其特征在于：

总伺服编程控制器与各伺服电机采用市电供电，或者采用12至48V蓄电池供电，对用测试基于卫星载波相位差分技术（RTK）的水平垂直位移测试，方便在市电供应的地方或野外使用。

5.根据权利要求2所述的一种全姿态自动检测装置，其特征在于：

所述的各丝杆总成包括丝杆，螺母，连轴器，各伺服电机主轴通过连轴器与丝杆刚性连接。

6.根据权利要求2所述的一种全姿态自动检测装置，其特征在于：

所述的倾角驱动伺服电机总成（3）和航向角驱动伺服电机总成（4）有自动锁止机构。

7.根据权利要求2所述的一种全姿态自动检测装置，其特征在于：

所述的脚轮（21）用于整个测试台体的水平状态调整，脚轮（21）与基座（2）为螺纹连接。

8.根据权利要求2至7任一项所述的一种全姿态自动检测装置，其特征在于还包括以下检测方法：

步骤1，初始状态为：Y轴支架保持绝对垂直，且Y轴支架（8）与X轴支架（7）相互垂直，构成右手空间直角坐标系；将被检测传感器（6）固定设置在Z轴滑动托盘（95）上；X、Y、Z轴支撑滑块（74、84、94）位于；X、Y、Z轴滑动导轨（71、81、91）的几何中心位置；

步骤2，水平位移测试方法：本检测装置在初始状态下，由X轴驱动伺服电机（72）通过X轴传动丝杆（73），驱动X轴滑动托盘（75）做直线运动，从而驱动安装在X轴滑动托盘（75）上的机构做直线运动，完成X轴方向水平位移测试；再由Z轴驱动伺服电机（92）通过Z轴传动丝杆（93），驱动Z轴滑动托盘（95）做直线运动，从而驱动安装在Z轴滑动托盘（95）上的被检测传感器（6）做直线运动，完成Z轴方向水平位移测试；

步骤3，航向角测试方法：航向角驱动伺服电机总成（4）动作时，驱动安装在航向角驱动伺服电机总成（4）主轴上的机构做圆周运动，完成航向角测试；

步骤4，垂直位移测试方法：本检测装置在初始状态下，由Y轴驱动伺服电机（82）通过Y轴传动丝杆（83）驱动Y轴滑动托盘（85）做直线运动，从而驱动安装在Y轴滑动托盘（85）上的机构做直线运动，完成垂直位移测试；

步骤5，横滚角测试方法：本检测装置在初始状态下，由倾角驱动伺服电机总成（3）驱动倾斜托盘（5）产生角度倾斜，安装在倾斜托盘（5）上的机构一起联动，完成横滚角测试；

步骤6，俯仰角测试方法：航向角驱动伺服电机总成（4）顺时针旋转90°，从而驱动与航向角驱动伺服电机总成（4）相连的机构一起旋转90°，使得Z轴支架（9）的铅锤投影与X轴支架（7）重合，倾角驱动伺服电机总成（3）驱动倾斜托盘（5）产生角度倾斜，安装在倾斜托盘上（5）的机构一起联动，完成俯仰角测试。