[发明专利]精密测量六自由度并联机构动平台位姿的装置及方法

说明书

本发明属于测量设备技术领域，具体涉及一种精密测量六自由度并联机构动平台位姿的装置及方法，旨在解决现有技术中六自由度并联机构动平台的位姿测量仪器成本高、测量精度低，不能满足特殊场合对位姿高精度测量的问题，本发明提供一种精密测量六自由度并联机构动平台位姿的装置与方法，包括大负载六自由度并联机构、采用压电陶瓷驱动的高精度六自由度并联机构、连接于上述两者之间的连接器以及控制器，当大负载并联机构动平台运动时，根据连接器反馈的数值调整测量高精度并联机构的位置与姿态，使高精度并联机构的动平台跟随大负载并联机构的动平台运动，求算得到大负载六自由度并联机构的位姿，本发明成本低，测量精度高，实用性强。

技术领域

本发明属于测量设备技术领域，具体涉及一种精密测量六自由度并联机构动平台位姿的装置及方法。

背景技术

大负载六自由度并联机构是工业、航空航天、船舶等行业中经常使用的设备。六自由度并联机构的位置与姿态一般指的是其动平台相对于定平台的位置和姿态，本领域技术人员通常简称其为位姿。对于某些应用来说，位置与姿态的精密测量对于有些应用来说非常重要。位置与姿态的测量有如下几种常用的方式：(1)利用六自由度并联机构驱动支链其自身的传感器得到的驱动支链的长度来求算，譬如利用驱动电机的编码器得到的位置先求算驱动支链的长度，再求算动平台位置与姿态；(2)利用驱动支链长度传感器直接测量驱动支链的长度，再求算动平台的位置与姿态，譬如在驱动支链两端安装光栅尺或者其它线性传感器；(3)利用传感器直接测量动平台的位置与姿态，譬如采用激光测距仪测量定平台上的点与动平台上的点之间的距离，而后通过换算得到动平台的位姿。

对于大负载的六自由度并联机构，譬如负载能力达到几吨甚至几十吨的六自由度并联机构，为保证六自由度并联机构的大承载力，则必须采用负载力大的驱动装置进行驱动。航空、航天等领域中需要对位置与姿态进行精密测量的一些特殊应用场合，通过采用上述方式(1)和方式(2)这种间接测量方式得到的位置与姿态的精度不能满足该领域对位置与姿态高精度测量的要求。方式(3)这种直接测量的方式一方面对于某些特殊的应用场合仍然达不到位姿测量精度的要求外，另一方面对激光测距仪要求比较高，成本高。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有技术中六自由度并联机构动平台的位置与姿态测量仪器成本高、测量精度低，不能满足一些特殊应用场合对位置与姿态高精度测量的要求的问题，本发明提供一种精密测量六自由度并联机构动平台位姿的装置。目前现有技术绝大部分是采用液压驱动或电机驱动的，驱动形式和现有测量方法的限制，是大负载六自由度并联机构无法获得高精度位姿测量的主要原因，为解决这一问题，本发明采用压电陶瓷驱动的、高分辨率、高频响、高精度六自由度并联机构作为位姿的测量装置，该装置通过连接器与大负载六自由度并联机构连接，从而对大负载六自由度并联机构的动平台位置与姿态进行精密测量。

具体地，本发明精密测量六自由度并联机构动平台位姿的装置包括大负载六自由度并联机构，包括定平台、第一动平台以及连接在所述定平台和所述动平台之间的六条支链；

高精度六自由度并联机构，安装在所述定平台上，且具有跟随所述第一动平台运动的第二动平台，所述高精度六自由度并联机构位于所述第一六自由度并联机构的六个支链所围成的空间内；

连接器，所述连接器第一端与所述第一动平台连接，第二端与所述第二动平台连接；

控制器，所述大负载六自由度并联机构、所述高精度六自由度并联机构以及所述连接器均与所述控制器信号连接，所述控制器的控制目标为：驱动所述第二动平台相对于所述第一动平台以一固定的相对姿态运动，基于所述固定的相对姿态和所述连接器的姿态获取所述第一动平台的位姿。

在一些优选技术方案中，所述高精度六自由度并联机构的第二动平台通过压电陶瓷驱动。