Stewart平台支腿长度测量装置及Stewart平台位姿测试系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于模拟仿真技术领域，设及一种Stewart六自由度平台，尤其设及 一种Stewart平台支腿长度测量装置，W及Stewart平台位姿测试系统。
【背景技术】
[0002]Stewart平台机构在1965年由Stewart提出，是自动化领域最具标志性的并联机 械装置，属于空间多环并联机构。Stewart平台主要由上平台、下平台和六条可伸缩的支腿 组成，每一个组成部分可W看成是刚体，其运动也可W看成是刚体运动。每条支腿的两端通 过两个球较或者一端球较一端万向节分别与上平台、下平台相连。Stewart平台支腿通常采 用套筒一活塞式结构，活塞在液压作用下伸缩，套筒W下较链为圆屯、运动。
[0003] 工作时，下平台固定，通过调整六条支腿的长度，支腿的上支点带动上平台运动，W使上平台处于不同姿态，运样上平台相对于下平台就可在=维空间作任意方向的移动和 绕任意方向的转动，具有六个自由度。当支腿长度连续变化时，平台姿态就处于动态，可W 作为模拟仿真平台使用。
[0004] 目前支腿大多采用液压方式驱动伸缩，它的主要特点是结构紧凑、运动灵活、刚度 好、承载能力强、精度高。在使用Stewart平台过程中，使用者必须随时了解平台姿态，W掌 握仿真精度。 阳0化]从控制角度来看，Stewart平台设及两个最基本问题：正解和反解。其中，
[0006] 正解：已知六条支腿的长度，求平台的空间位姿（即Stewart平台的上平台的S个 线性坐标参量和立个旋转坐标参量）。
[0007] 反解：已知上平台的空间位姿，求六条支腿的长度。
[0008]Stewart平台的位置反解求解容易，位置反解要根据平台位姿计算六条支腿的位 移量，从而实现对目标的实时控制。Stewart平台的位置反解具有唯一确定的解析解，其实 时控制很方便实现。
[0009]Stewart平台的位置正解解析解是一个世界性的难题，其约束方程是其输出变量 的多元非线性方程组，数学上尚无完备的方法求解其解析解。
[0010] 目前测量Stewart平台上平台的位姿大都不采用测量支腿长度的方法计算，主要 采用倾角传感器和巧螺仪直接测量上平台的运动姿态。基本原理为：将倾角传感器和巧螺 仪安装在Stewart平台的上平台台面上，倾角传感器的输出直接为角位移量，巧螺仪传感 器输出为角速度量，积分后可得角位移量，进而可W计算出Stewart平台位姿姿态。
[0011] 然而，倾角传感器输出的角位移量，一般只能在静态或准静态环境中使用，利用倾 角传感器无法测量在动态下的Stewart平台姿态。
[0012] 巧螺仪传感器可W在动态环境中使用，但它存在下述缺点：
[0013] ①刚体（或Stewart平台的上平台）的振动频率和幅值的变化将不同程度的影响 测试精度；
[0014] ②角速度积分获得的姿态存在较大积分误差，并且随着时间的增加积分误差会逐 渐累积，影响测试精度；
[0015] ③高精度巧螺价格很贵，性价比低。 【实用新型内容】
[0016] 为解决现有技术中存在的W上不足，本实用新型提供了一种Stewart平台支腿长 度测量装置，可测量某一时刻支腿的伸缩长度，具有结构简单、性价比高的特点；
[0017] 本实用新型的另一个目的，是提供一种Stewart平台位姿测试系统。
[0018] 为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下：
[0019] 一种Stewart平台支腿长度测量装置，它包括固定夹具，W及用于测量支腿伸缩 量的位移传感器；所述固定夹具包括用于固定在支腿活塞上的第一夹紧部、用于固定在支 腿套筒上的第二夹紧部；所述位移传感器固定在第二夹紧部上。
[0020] 作为对本实用新型的限定，所述第一夹紧部包括第一支架、第一夹板；所述第一支 架与第一夹板固定后中屯、部位带有用于使活塞通过的第一通孔；
[0021] 所述第二夹紧部包括第二支架、第二夹板；所述第二支架与第二夹板固定后中屯、 部位带有用于使套筒通过的第二通孔。
[0022] 作为对上述方式的限定：
[0023] 所述位移传感器为拉线式位移传感器；所述第一支架、第二支架上分别设有第一 拉线固定孔、第二拉线固定孔；位移传感器的拉绳依次穿过第二拉线固定孔、第一拉线固定 孔，并固定在第一拉线固定孔上。
[0024] 所述Stewart平台支腿长度测量装置还包括用于保证第一夹紧部、第二夹紧部与 活塞同轴线的校准棒；
[0025] 所述第一支架、第二支架上分别设有第一校准孔、第二校准孔；所述第一夹紧部、 第二夹紧部分别与活塞、套筒连接后，校准棒可过渡配合地插入在第一校准孔、第二校准孔 中。
[00%] 本实用新型同时公开了一种Stewart平台位姿测试系统，它包括六套上述的Stewart平台支腿长度测量装置，还包括数据采集仪、总处理机系统；
[0027] Stewart平台的六条支腿上分别固定有所述的Stewart平台支腿长度测量装置；
[0028] 所述Stewart平台支腿长度测量装置、数据采集仪、总处理机系统依次电连接。
[0029] 本实用新型上述的Stewart平台位姿测试系统用于测量Stewart平台位姿的方法 是：
[0030] 一种Stewart平台位姿测试方法，它基于上述的Stewart平台位姿测试系统实现， 它按照W下步骤顺序进行： 阳03UA.安装
[0032] 在Stewart平台的六条支腿上分别安装上述的Stewart平台支腿长度测量装置； 安装过程如下：
[0033] ①Stewart平台处于最低水平位置锁死，保证六个支腿长度处于最短状态，此时 Stewart平台支腿长度为毛=[^，/:，/4，/;.。,；，每条支腿长度是已知的且相等，即11=12二 Is二 1 4二 1 5二 1 6二L0；
[0034] ②将第一夹紧部、第二夹紧部分别预先固定在支腿的活塞、套筒上，并保证第一夹 紧部、第二夹紧部与活塞同轴线；
[0035] ④将第一夹紧部与活塞牢固固定、第二夹紧部与套筒牢固固定；
[0036] ⑥将位移传感器固定在第二夹紧部上；
[0037] B支腿长度标定
[0038] ①将六个位移传感器依次接到数据采集仪对应的测量通道上；
[0039] ②总处理机系统控制数据采集仪采集六个位移传感器当前的输出电压值 >^ =[町y:，6,K，K，K护并将每一个位移传感器当前的电压值当做初始值； W40]C.支腿长度测量
[0041] ①控制Stewart平台使其运动；
[0042] ②在Stewart平台运动过程中，各条支腿上的位移传感器会分别测量Stewart平 台运动过程中支腿的长度变化量，每个位移传感器可W将支腿的长度变化量转化成对应的 模拟电压信号，并将输出的模拟电压信号传递至数据采集仪，数据采集仪将每个位移传感 器输出的模拟电压信号进行模数转换，转换成为数字信号，传递至总处理机系统；总处理机 系统得到位移传感器输出电压的时间序列^ =[巾巧.，巧，可，咕^"6][，其中k= 1，2, 3, ......n， n为采样点数；
[0043] ③总处理机系统计算Stewart平台每条支腿的实际长度《，具体计算过程如下：
[0044] 《 = 切+ 4 W45] 其中K=比1，kz，ks，k4,ks，ke]，k康示第i个位移传感器的灵敏度，k= 1，2, 3,……n，n为采样点数；i= 1，2, 3, 4, 5, 6 ;
[0046]Stewart平台运动过程中其六条支腿的长度可用时间序列= 名]: 表示，其中k= 1，2, 3，......n，n为采样点数。
[0047] D.Stewart平台位姿解算
[0048]①WStewart平台的下平台的中屯、点为基准点0,构建固定S维坐标系oxyz，W某 时刻Stewart平台的上平台的中屯、点为基准点0'，构建动S维坐标系0'X'y'Z' ；其中Z轴 及Z'轴分别垂直于上平台、下平台； W例②设定Z'轴绕Z轴的偏转角为4，y'绕y轴的俯