本发明专利技术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)。本发明专利技术采用并联机构，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。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术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Θ X⑴、Θ y⑴、Θ z⑴。
技术介绍
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θ X (t)、Θ y (t)、Θ z (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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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(I)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(I)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。本专利技术采用个六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ο-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AliU)(i = 1,2,3,4,5,6)得到伸缩拉杆的长度Mt) (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θχα)、ey(t)、θζα);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。本专利技术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。本专利技术采用的并联机构，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(I)和动平台(7)均为圆形，下球铰(2)在定平台(I)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(I)和动平台(7)均为正六边形，在定平台(I)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⑶。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，夕卜壳缸体(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⑶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⑷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本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：谢志江，孙小勇，蹇开林，王成非，雷钢，宋代平，陈平，刘小波，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：
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