[发明专利]空间六自由度运动的六位移传感器动态测量法

说明书

技术领域

本发明涉及一种空间六自由度运动的六位移传感器动态测量法，利用六位移传感器并联对运动物体进行空间六自由度运动的动态测量。空间六自由度运动包括：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)，运动位移及角度微分后可转换成运动速度、运动加速度、运动角速度、运动角加速度。

背景技术

现有工业、军事对物体空间运动的测量要求越来越高，并且环境越来越复杂，利用原有的测量方式，已不能满足测量精度、环境、频率、耦合等要求。比如进行火箭弹飞行试验时，发射产生的大推力、强冲击、高温高压、气浪等一系列原因使发射装置处于恶劣的环境中，发射装置对火箭弹(导弹)发射的初始扰动影响其飞行轨迹、命中精度及密集度，甚至导致整个部队的战斗力下降。这就需要有一种能够适应特殊环境下的测量机构，能够精确测量出测量点的六个自由度移动量，需要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，尤其需要能够适应特殊环境下的全程准确测量发射装置空间六自由度运动(轴向移动、平移、升沉、俯仰、偏航、滚转)的测量方法及装置。

精度是衡量测量装置或方法的主要标准之一，但目前如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，经积分成速度或位移，由于量程、频响及积分误差等造成误差较大；基于机器视觉的测量受高温气浪的空气折射波动及烟雾粉尘使该方法测量误差大，不能适应发射时的烟尘、高温环境，甚至完全不能使用；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、频响及积分误差等造成误差较大等造成误差较大。

在工业、军事以及航天航空的其它工程应用中，目前国内外测量物体运动的方法并不能同时测量出运动物体的六自由度运动规律，积分误差大，测量复杂精度低，不能准确同时得到运动物体的六自由度运动。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种空间六自由度运动的六位移传感器动态测量法，能够对运动物体同时进行空间六自由度运动高精度测量。空间六自由度运动包括：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)，运动位移及角度微分后可转换成运动速度、运动加速度、运动角速度、运动角加速度。

本发明的的技术方案如下：一种空间六自由度运动的六位移传感器动态测量法，其特征在于包括以下步骤：

一种空间六自由度运动的六位移传感器动态测量法，其特征在于包括以下步骤：

1)搭建六位移传感器并联测量机构：

搭建的六位移传感器并联测量机构包括上平台、下平台和六个拉线式位移传感器，上平台和下平台上各有六个安装点用于安装拉线式位移传感器，同一平台上的六个安装点在一个圆上或者六角形的六个角处，上平台的六个安装点与下平台的六个安装点一一对应，上平台的安装点与对应的下平台的安装点之间按照最短距离原则连接拉线式位移传感器，六个拉线式位移传感器无触碰，所述下平台固定在基座上，上平台上固定被测物体，并随被测物体一起运动；

2)建立坐标系：

在上平台上建立动坐标系o′-x′y′z′，下平台上建立静坐标系o-xyz，A_i，B_i分别为六个拉线式位移传感器在上平台和下平台中的接触点，A_i，B_i在直角坐标系o-xyz中的向量表示分别为A(A_ix，A_iy，A_iz)、B(B_ix，B_iy，B_iz)，l_i表示A_iB_i之间的位移，求解过程中，运动物体的六自由度x(t)、y(t)、z(t)、θx(t)、θy(t)、θz(t)表示为x，y，z，θ_x，θ_y，θ_z，便于计算；

3)位置逆解：

当上平台改变时，根据平面与平面上点的关系求出此时新点的坐标值A，

A＝T*A_i′+P

T为上平台姿态的方向余弦矩阵，A_i′为A_i点在动坐标系的位置向量，P为上平台上的动坐标系相对于下平台静坐标系中的位移矢量；