[发明专利]六自由度位姿测量系统及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种轨道车辆转向架参数检测装置，更确切地说，本发明涉及一种六自由度位姿测量系统及测量方法。

背景技术

目前国内外对于物体六自由度位姿已将进行了较为深入的研究并开发出了相应的测量系统。对物体的六自由度位姿测量主要通过GPS技术、磁场感应技术、图像视觉处理技术及直接接触式测量几种方式实现。在应用GPS技术方面，美国的Adroit公司推出的Adroit ADS姿态测量系统，Trimble公司推出的MS860定位与姿态测量系统；在应用磁场感应技术方面，美国的William R.Patterson及Harvey F.Silverman等人开发出用于测量远距离物体位置与角度的磁性追踪系统，HIVISONG、Honeywell等公司均推出了电子罗盘，北京理工大学基于LabVIEW平台开发出了虚拟电子罗盘产品，清华大学开发出了利用MEMS技术的微型姿态测量装置；在应用图像视觉处理技术方面，美国的Perceptron、Faro公司，英国的3D Scanners公司均开发出了相应的视觉测量系统。北京航空航天大学的张广军、周福强等人提出一种摄像机空间三维位姿测量方法，中国专利公开号为CN1804541A，公开日为2006年7月19日；北京理工大学的王全玉等人提出了利用光束确定位置姿态的系统与方法，中国专利公开号为CN101308014A，公开日为2008年11月19日；在通过直接测量获得相应的六自由度位姿参数主要在国内得到研究与应用，北京邮电大学的魏世民、廖启征等提出了一种用于空间全位置和姿态的测量方法，中国专利公开号为CN1346964A，公开日为2002年5月1日；山东理工大学的宫金良、张彦斐等人提出六维位置姿态传感器，中国专利公开号为CN101178306A，公开日为2002年5月1日；吉林大学的苏建、陈熔、宋健等人提出的六杆六铰点六自由度测量装置，中国专利公开号为CN102878963A，公开日为：2013年1月16日。

由于转向架参数测定试验台加载平台的六自由度位姿测量系统需要在室内安装，安装空间较小，且周围有较强的磁场干扰，因此各六自由度测量方式与系统在实际的应用过程中均存在一定的使用限制。GPS技术更适用于在视野开阔，障碍物较少的地区进行定位测量，尤其不适用于进行室内位姿测量；磁场感应原理由于其检测原理的限制，易受来自于周围环境磁场的影响，因此并不适用于有着复杂电磁环境情况下的物体位置姿态检测；图像视觉处理技术为了对被测物体进行实时姿态检测，需要实时获得物体位置变化的图像，并进行实时图像处理与解算，所需系统体积较大，且价格昂贵，解算过程也较为复杂。

现有的直接接触式六自由度位姿测量系统具有结构复杂、测量精度低、成本高的缺陷。吉林大学的苏建等人提出的六杆六铰点六自由度测量装置虽较好解决了一般检测系统结构复杂、制造成本高的缺陷，但并未提出对应的解算系统，不能直接测量得出被测物体的位姿参数，且工作空间小不能满足实际要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服了现有的六自由度位姿测量系统不能满足轨道车辆转向架参数测定试验台加载平台实际环境下进行测量，且结构复杂、测量精度低、成本高的问题，提出一种满足实际测试环境要求，并能够实时获得位姿参数的六自由度位姿测量系统及测量方法。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：所述的六自由度位姿测量系统包括六自由度位姿测量仪、数据存储装置、工控机及显示器。

所述的六自由度位姿测量仪包括六自由度位姿测量仪上固定板、1号拉线式位移传感器总成、2号拉线式位移传感器总成、3号拉线式位移传感器总成、六自由度位姿测量仪下固定板、4号拉线式位移传感器总成、5号拉线式位移传感器总成与6号拉线式位移传感器总成。

所述的1号拉线式位移传感器总成、2号拉线式位移传感器总成、3号拉线式位移传感器总成、4号拉线式位移传感器总成、5号拉线式位移传感器总成与6号拉线式位移传感器总成的结构相同，皆由拉线式位移传感器固定板、拉线式位移传感器与万向节连接头组成。

拉线式位移传感器采用螺栓固定于拉线式位移传感器固定板的右侧固定板上，拉线式位移传感器中的拉线伸出端与万向节连接头为球头连接。