、利用绝对值式拉线编码器4测量运动平台13相对于固定平台11的距离信号；
[0033] e、数据处理模块通过RS485总线对第一姿态传感器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进行检测，并进行数据处理，得到运动平台13相对于 固定平台11的姿态信号和位置信号；
[0034] 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。
[0035] 其具体计算过程如下：
[0036] 1、绝对值式拉线编码器相对固定平台的姿态计算
[0037] 第一姿态传感器2、第二姿态传感器5分别检测到固定平台11和绝对值式拉线编 码器4相对大地坐标系的姿态角分别为U1 P1 γι)、（α2 β2 γ2)，对应旋转变换矩阵分 别为，则可求得绝对值式拉线编码器4相对于固定平台11的旋转变换矩阵为
[0039]式中，
[0042] 设绝对值式拉线编码器4相对于固定平台11的姿态角为（α21 β21 γ21)，则旋转 变换矩阵可表示为 CN 105116925 A 兄明 4/5 页
[0046] 由式⑵和（3)可得
[0048] 根据设计指标-90° <β23〈90°，取式（4)中的
[0050] 进而可以求得绝对值式编码器4相对于固定平台11的姿态角可分别表示为
[0054] 2、运动平台相对固定平台的姿态计算
[0055] 第一姿态传感器2、第三姿态传感器7分别检测到固定平台11和运动平台13相 对大地坐标系的姿态角分别为Ui βι YihUs β3 γ3)，对应旋转变换矩阵分别为 则可求得运动平台13相对与固定平台11的旋转变换矩阵为
[0057] 式中
[0059] 设运动平台13相对固定平台11的姿态角为（α31 β31 γ31)，对应旋转变换矩阵 为
[0063] 由式（9)和（10)可得 CN 105116925 A 说明书 5/5 页
[0065] 根据设计指标-90° <β23〈90°，取式（11)中的
[0067] 进而可以求得运动平台13相对于固定平台11的姿态角可分别表示为
[0071] 3、运动平台相对固定平台的位置矢量计算
[0072] 绝对值式拉线编码器4检测到运动平台13与固定平台11的直线距离为L，根据过 程中1计算获得的第二姿态传感器5相对于固定平台11的旋转变换矩阵为，则运动平 台13相对固定平台11的位置矢量可表示为
[0074] 通过以上三个过程的计算分析，获得了运动平台相对于固定平台的位置矢量和 姿态，为实现对其运动范围的限制，可通过图5所示TCP/IP协议对其限制范围进行设置， 在使用过程中当该装置检测到运动平台到达其极限位置或姿态时，将通过TCP/IP协议向 Stewart平台并联机构的控制器发送警告控制信号，并联机构可根据警告控制信号做出相 应决策。
【主权项】
1. 一种Stewart平台并联机构的限位测控装置，其特征在于：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。2. 根据权利要求1所述的Stewart平台并联机构的限位测控装置，其特征在于：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。3. 根据权利要求1所述的Stewart平台并联机构的限位测控装置，其特征在于：数据 处理模块（3)固定设置在基座（1)上。4. 根据权利要求1所述的Stewart平台并联机构的限位测控装置的测控方法，其特征 在于：包括下列步骤： 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； 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； 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； d、 利用绝对值式拉线编码器（4)测量运动平台（13)相对于固定平台（11)的距离信 号； e、 数据处理模块通过RS485总线对第一姿态传感器（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)进行检测，并进行数据处理，得到运动平台（13) 相对于固定平台（11)的姿态信号和位置信号； 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。
【专利摘要】本发明公开了一种Stewart平台并联机构的限位测控装置及其测控方法。其装置包括基座，在基座上安装有虎克铰；在基座上固定设置有第一姿态传感器，在虎克铰的内环上固定设置有第二姿态传感器，在运动平台上固定设置有第三姿态传感器；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；还设置有数据处理模块。本发明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。
【IPC分类】G05D3/12
【公开号】CN105116925
【申请号】CN201510457883
【发明人】窦玉超, 段艳宾, 李建军, 陆海坤, 耿旭光
【申请人】中国电子科技集团公司第五十四研究所
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年7月29日