[发明专利]一种六自由度位移平台位置检测方法

说明书

本发明涉及一种六自由度位移平台位置检测方法，包括：根据欲检测的六自由度位移平台的几何关系以及传感器布局，计算得到位置变化引起的传感器数据变化的线性矩阵T；根据线性矩阵T，依据欧拉法，计算得到位置变化导致的传感器真实数据变化；根据上述传感器真实数据变化，利用仿真计算得到对应的传感器真实测量数据，对所述传感器真实测量数据采用线性化方法解算自由度，比较与真实输入的差值，并得到所述自由度的误差的非线性函数；采用多变量拟合法得到上述函数与其他自由度的函数关系，并得到六自由度位移平台位置检测的近似计算方法。本发明能够补偿在较大行程处位置测量由于线性化导致的误差，获得更准确的位姿测量，且实时性好。

技术领域

本发明涉及一种六自由度位移平台位置检测方法。

背景技术

超高精度的六自由度位移平台可以实现纳米级甚至亚纳米级的定位精度，可应用于原子力检测、半导体制造以及精密的光学仪器等领域。超高的精度需求，同时也对位移平台的驱动装置、结构设计、位置检测方法等提出了十分高的要求。在结构上通常选择柔性关节代替传统的关节副，从而避免摩擦引入的不确定性与非线性因素，因此六自由度位移平台的行程相对较小。另一方面，精确的位置测量，是保证六自由度位移平台达到精度要求的前提。

对于六自由度位移平台的位置和姿态，通常选择其上某一点作为中心建立笛卡尔坐标系并以六自由度位移平台相对于中心点的位置姿态来描述。常用的检测手段是，选用多个传感器测量平台的不同部位的局部位置变化。根据平台的空间几何结构与测量位置的相对关系，可以得到平台位姿变化引起传感器测量数据变化的关系，因此根据传感器测量数据进行反运算即可以得到平台的位置变化。在行程较小的情况下，上述转化关系通常线性化为常数矩阵，但是当六自由度位移平台运动到行程较大处时，位置测量误差也会随着变大。

目前，对于大行程处引起的自由度计算误差，六自由度位移平台位姿变化与传感器数据变化的关系存在非线性，导致六自由度位移平台位置测量不准确，并且非线性关系逆运算通常不能通过传感器数据直接计算，不具有实时性。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种六自由度位移平台位置检测方法，其能够补偿在较大行程处位置测量由于线性化导致的误差，获得六自由度位移平台更准确的位姿测量，且能够依据传感器数据直接计算得到，实时性好。

本发明提供一种六自由度位移平台位置检测方法，该方法包括如下步骤：a.根据欲检测的六自由度位移平台的几何关系以及传感器布局，计算得到位置变化引起的传感器数据变化的线性矩阵T；b.根据线性矩阵T，依据欧拉法，计算得到位置变化导致的传感器真实数据变化；c.根据上述传感器真实数据变化，利用仿真计算得到对应的传感器真实测量数据，对所述传感器真实测量数据采用线性化方法解算自由度，比较与真实输入的差值，假设此差值是与多自由度位置相关的函数，首先筛选出此函数的主要影响变量；d.采用多变量拟合法得到上述函数与其他自由度的函数关系，并得到六自由度位移平台的位置数据。

具体地，所述的步骤a具体包括：

T的形式如下，矩阵中元素为分析得到的常数：

假设六自由度位移平台的空间位置变化为P＝[x,y,z,α,γ,θ]^T，传感器数据为S＝[S₁,S₂,S₃,S₄,S₅,S₆]^T，由于分析得到的线性转化关系为S＝TP，因此由T和传感器数据S得到自由度解算方法为：P_L＝inv(T)S。

具体地，所述的步骤b包括：

假设六自由度位移平台按照自身坐标系旋转，当依次按照Z、Y、X轴旋转角度分别为θ、γ、α，则：

所述六自由度位移平台的空间旋转矩阵表示为：