刚体空间位姿测量装置及其测量方法

摘要

刚体空间位姿测量装置及其测量方法，属于测控技术领域。为克服传统位姿测量装置的不足，本发明提出了一种接触式的低成本、高精度的刚体空间位姿测量装置，包括测量执行机构、数据采集装置以及存储计算程序的计算机；所述测量执行机构包括固定平台及固定在固定平台上的6个球铰，与运动刚体固连的运动平台及固定在运动平台上的6个球铰，两端分别与固定平台球铰和运动平台球铰相连的六个拉线式编码器。本发明还公开了一种刚体空间位姿测量方法，该方法根据上述测量装置获取的初始数据，利用迭代方程组得到被测刚体的空间位姿信息。本发明所述装置结构简单，系统实时性较高，能实现对被测刚体的全闭环实时控制。

主权项

1.刚体空间位姿测量装置，其特征在于：该测量装置包括测量执行机构、数据采集装置以及存储计算程序的计算机；所述测量执行机构包括一个固定平台及固定在所述固定平台上的6个球铰，一个与运动刚体固连的运动平台及固定在所述运动平台上的6个球铰，两端分别与固定平台上的6个球铰和运动平台上的6个球铰相连的六个拉线式编码器；所述数据采集装置包括分别与拉线式编码器输出端相连的六个计数器，与所述各计数器输出端连接的多路复用器，以及与所述多路复用器相连的数据发送电路；所述数据发送电路与所述计算机相应输入端口连接；所述各球铰在各自平台的位置坐标满足测量执行机构雅克比矩阵J_p的条件数小于等于10， $J_p=\left[\begin{array}{cc}{\overrightarrow{l}}_1^T& \frac{{({\mathrm{Rp}}_1\times {\overrightarrow{l}}_1)}^T}{\left|p_1\right|}\\ ·& ·\\ ·& ·\\ ·& ·\\ {\overrightarrow{l}}_6^T& \frac{{({\mathrm{Rp}}_6\times {\overrightarrow{l}}_6)}^T}{\left|p_6\right|}\end{array}\right]\in R^{6\times 6},$式中分别是沿每个拉线式编码器长度方向上的单位向量，p₁～p₆是运动平台上的6个球铰在运动平台坐标系p中的坐标，R为运动平台坐标系p关于固定平台坐标系P的方向余弦阵，按照依次绕固定平台坐标系P的x，y，z轴旋转角度α，β，γ的卡尔丹角表示方法，具体表达式为： $R=\left[\begin{array}{ccc}\cos \beta \cos \gamma & -\cos \beta \sin \gamma & \sin \beta \\ \sin \alpha \sin \beta \cos \gamma +\cos \alpha \sin \gamma & -\sin \alpha \sin \beta \sin \gamma +\cos \alpha \cos \gamma & -\sin \alpha \cos \beta \\ -\cos \alpha \sin \beta \cos \gamma +\sin \alpha \sin \gamma & \cos \alpha \sin \beta \sin \gamma +\sin \alpha \cos \gamma & \cos \alpha \cos \beta \end{array}\right].$