一种Stewart平台并联机构的限位测控装置及其测控方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种Stewart平台并联机构，尤其是一种Stewart平台并联机构的限 位测控装置及其方法。
【背景技术】
[0002] Stewart平台并联机构是典型的六杆并联机构，目前已经在航空、航天、海底作业、 地下开采、制造装备等行业有着广泛的应用。其包括固定平台和运动平台，固定平台和运动 平台之间通过六个电动缸连接；通过对六个电动缸的分别驱动，可以使运动平台在一定范 围内实现六个自由度的联合运动。
[0003] 如上所述，运动平台只能在一定范围内运动，否则就会导致机构的损坏，而其驱动 控制比较复杂，所以需要一种简单可靠的限位测控装置及其测控方法。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是：提供一种简单可靠的Stewart平台并联机构的限位 测控装置及其测控方法。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
[0006] -种Stewart平台并联机构的限位测控装置，包括固定设置在固定平台的台面上 的基座，在基座上安装有虎克铰；虎克铰包括对称构造的外环和对称构造的内环，外环通过 设置在外环对称轴上的外环轴连接在基座上，外环能够绕外环轴相对于基座自由转动，内 环通过设置在内环对称轴上的内环轴对称连接在外环上，内环能够绕内环轴相对于外环自 由转动，外环轴与内环轴相垂直，而且外环轴平行于固定平台的台面，外环轴的轴线与内环 轴的轴线的交点处在固定平台的中心线上；在基座上固定设置有与固定平台的台面相平行 的第一姿态传感器，在虎克铰的内环上固定设置有与外环轴的轴线与内环轴的轴线所决定 的平面相平行的第二姿态传感器，在运动平台上固定设置有与运动平台的台面相平行的第 三姿态传感器；在虎克铰的内环上还固定设置有绝对值式拉线编码器，绝对值式拉线编码 器的拉绳直线连接运动平台的中心线上一点和虎克铰的外环轴的轴线与内环轴的轴线的 交点；还设置有通过RS485总线与第一姿态传感器、第二姿态传感器、第三姿态传感器和绝 对值式拉线编码器相连的数据处理模块，数据处理模块又通过TCP/IP总线连接Stewart平 台并联机构的控制器。
[0007] 在运动平台上相对于固定平台的一面固定设置有第二基座，在第二基座上安装有 球关节轴承的外圈，球关节轴承的中心线与运动平台的中心线重合；第三姿态传感器通过 固定连接在第二基座上与运动平台固定连接，绝对值式拉线编码器的拉绳固定连接在球关 节轴承的内圈上，并且其拉绳直线通过球关节轴承的内圈中心点。
[0008] 数据处理模块固定设置在基座上。
[0009] 上述的Stewart平台并联机构的限位测控装置的测控方法，包括下列步骤：
[0010] a、利用第一姿态传感器测量固定平台相对于大地坐标系的姿态
[0011] 信号；
[0012] b、利用第二姿态传感器测量绝对值式拉线编码器相对于大地坐标系的姿态信 号；
[0013] c、利用第三姿态传感器测量运动平台相对于大地坐标系的姿态信号；
[0014] d、利用绝对值式拉线编码器测量运动平台相对于固定平台的距离信号；
[0015] e、数据处理模块通过RS485总线对第一姿态传感器、第二姿态传感器、第三姿态 传感器和绝对值式拉线编码器进行检测，并进行数据处理，得到运动平台相对于固定平台 的姿态信号和位置信号；
[0016] f、数据处理模块把步骤e所得到的信号跟其设定数值进行比较，当步骤e所得到 的信号达到其设定数值时，通过TCP/IP协议对Stewart平台并联机构的控制器发送警告控 制信号，Stewart平台并联机构的控制器根据警告控制信号做出相应决策。
[0017] 本发明所取得的有益效果：
[0018] 通过三个姿态传感器和绝对值式拉线编码器的相互配合，检测出相应的数值，在 数据处理模块中进行计算，可以得到运动平台相对于固定平台的位置和姿态，从而可以根 据与设定值的比较对Stewart平台并联机构的控制器发出警告控制信号，防止运动平台的 运动超出其运动范围。本发明结构紧凑，提供了一种简单可靠的Stewart平台并联机构的 限位测控装置及其测控方法。下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步详细说明。
【附图说明】
[0019] 图1为本发明的装置的构造示意图；
[0020] 图2是图1中基座组件的构造不意图；
[0021] 图3是图1中第二基座组件的构造不意图；
[0022] 图4是本发明的装置安装在Stewart平台并联机构上的构造示意图；
[0023] 图5是本发明的装置的测控构造示意图。
[0024] 图中：1.基座，2.第一姿态传感器，3.数据处理模块，4.绝对值式拉线编码器， 5.第二姿态传感器，6.第二基座，7.第三姿态传感器，8.外环，9.内环，10.球关节轴承， 11.固定平台，12.基座组件，13.运动平台。
【具体实施方式】
[0025] 如图1、图2、图3、图4、图5所示，一种Stewart平台并联机构的限位测控装置，包 括固定设置在固定平台11的台面上的基座1，在基座1上安装有虎克铰；虎克铰包括对称 构造的外环8和对称构造的内环9,外环8通过设置在外环8对称轴上的外环轴连接在基座 1上，外环8能够绕外环轴相对于基座1自由转动，内环9通过设置在内环9对称轴上的内 环轴对称连接在外环8上，内环9能够绕内环轴相对于外环8自由转动，外环轴与内环轴相 垂直，而且外环轴平行于固定平台11的台面，外环轴的轴线与内环轴的轴线的交点处在固 定平台11的中心线上；在基座1上固定设置有与固定平台11的台面相平行的第一姿态传 感器2,在虎克铰的内环9上固定设置有与外环轴的轴线与内环轴的轴线所决定的平面相 平行的第二姿态传感器5,在运动平台13上固定设置有与运动平台13的台面相平行的第三 姿态传感器7 ;在虎克铰的内环9上还固定设置有绝对值式拉线编码器4,绝对值式拉线编 码器4的拉绳直线连接运动平台13的中心线上一点和虎克铰的外环轴的轴线与内环轴的 轴线的交点；还设置有通过RS485总线与第一姿态传感器2、第二姿态传感器5、第三姿态传 感器7和绝对值式拉线编码器4相连的数据处理模块3,数据处理模块3又通过TCP/IP总 线连接Stewart平台并联机构的控制器。
[0026] 在运动平台13上相对于固定平台11的一面固定设置有第二基座6,在第二基座6 上安装有球关节轴承10的外圈，球关节轴承10的中心线与运动平台13的中心线重合；第 三姿态传感器7通过固定连接在第二基座6上与运动平台13固定连接，绝对值式拉线编码 器4的拉绳固定连接在球关节轴承10的内圈上，并且其拉绳直线通过球关节轴承10的内 圈中心点。
[0027] 数据处理模块3固定设置在基座1上。
[0028] 上述的Stewart平台并联机构的限位测控装置的测控方法，包括下列步骤：
[0029] a、利用第一姿态传感器2测量固定平台11相对于大地坐标系的姿态信号；
[0030] b、利用第二姿态传感器5测量绝对值式拉线编码器4相对于大地坐标系的姿态信 号；
[0031] c、利用第三姿态传感器7测量运动平台13相对于大地坐标系的姿态信号；
[0032] d