氣浮平臺位姿測量裝置及其測量方法
2023-05-23 12:51:16
專利名稱：氣浮平臺位姿測量裝置及其測量方法
技術領域：
本發明涉及測量技術，具體說就是氣浮平臺位姿測量裝置及其測量方法。
背景技術：
氣浮平臺依靠壓縮空氣在氣浮軸承與軸承基座(通常採用大理石)之間形成的氣膜，使臺體浮起，從而實現近似無摩擦的相對運動條件，可以模擬衛星在外層空間所受幹擾力矩很小的力學環境。作為衛星運動模擬器，採用氣浮平臺，可以模擬其平面三維運行特性，通過氣浮平臺進行全物理仿真具有重要作用，它是方案論證和功能驗證不可缺少的工具。仿真實踐證明，利用氣浮平臺進行仿真不僅對衛星姿軌控系統驗證有著重要作用，而且能夠顯著提高衛星的效費比，降低風險，縮短研發周期。在進行仿真時需要進行氣浮平臺的位置和姿態的測量，這些數據對於試驗分析和
位姿控制是必須的，需要測量的數據包括氣浮平臺的二維平動和繞豎直軸的一維轉動量。根據調研，由於氣浮平臺的特殊性，不允許有線幹擾，以往通常採用無線測量方式。例如，可以採用雷射跟蹤儀(如瑞士的Leiea、美國的API等著名品牌)實現氣浮平臺的位姿測量，但這種方案費用高，對一些有經費限制的項目不適用；採用安裝在氣浮平臺上的慣性元件(如陀螺和加速度計)也可以實現氣浮平臺的位姿測量，但由於陀螺和加速度計的精度和採樣速度限制，往往很難實現高精度測量，並且數據只能以無線的方式下傳，很難實現高採樣率測量，並且這些慣性元件的供電只能採用臺上電池供電的方法，這又額外增加了系統的設計難度。劉偉、徐斌等在論文「衛星氣浮平臺視覺測量系統研究」(見《微計算機信息》，2008年，24卷第4-1期，頁碼124-126)中利用機器視覺檢測氣浮平臺的位姿信息，但這種方法精度不高(位置誤差1_，角度誤差2。)，並且視覺測量的帶來另一個問題是數據採樣慢，限制了其工程應用。
發明內容
本發明的目的在於提供一種原理簡單、成本低、操作方便的氣浮平臺位姿測量裝置及其測量方法。本發明的目的是這樣實現的一種氣浮平臺位姿測量裝置，包括直線運動單元、輔測滑臺機構和臺上固定機構，所述的直線運動單元通過連接臂與輔測滑臺機構連接，輔測滑臺機構與臺上固定機構連接，臺上固定機構安裝於氣浮平臺上；臺上固定機構和輔測滑臺機構安放於光滑的工作檯上。本發明還具有如下特徵I、所述的輔測滑臺機構包括氣浮平臺、氣浮滑軌、第一編碼器和磁環，氣浮平臺與氣浮滑軌連接，氣浮滑軌與第一編碼器連接，第一編碼器與磁環連接。2、所述的臺上固定機構包括安裝底座、第二編碼器和磁致伸縮傳感器；第二編碼器安裝於安裝底座上，第二編碼器與磁致伸縮傳感器連接。
3、所述的磁致伸縮傳感器上設置有測量杆，測量杆穿過輔測滑臺機構上的磁環緊密連接。4、使用如上所述的一種氣浮平臺位姿測量裝置得出的一種氣浮平臺位姿測量方法，包括如下步驟步驟一將直線運動單元安放於氣浮平臺工作區間旁，將輔測滑臺機構安放於工作檯上並和直線運動單元連接在一起，將臺上固定機構安裝於氣浮平臺上；步驟二 將臺上固定機構上磁致伸縮傳感器的測量杆穿過輔測滑臺機構上的磁環；步驟三給系統通氣，氣浮平臺和輔測滑臺機構浮起；步驟四給系統通電，直線運動單元根據外線反饋控制輔測滑臺機構跟蹤氣浮平臺；記(Xl，Yl)為直線運動單元輸出的輔測滑臺機構的平面位置坐標信息，L1為磁致傳感器測量的長度，L2為磁致伸縮傳感器的安裝中心與氣浮平臺中心的直線距離，B1為第一編碼器輸出的角度值，a2為第二編碼器輸出的角度值；則有氣浮平臺位置信息(x，y)為
權利要求
1.一種氣浮平臺位姿測量裝置，包括直線運動單元(9)、輔測滑臺機構(12)和臺上固定機構(10)，其特徵在於所述的直線運動單元(9)通過連接臂(11)與輔測滑臺機構(12)連接，輔測滑臺機構(12)與臺上固定機構(10)連接，臺上固定機構(10)安裝於氣浮平臺(13)上；臺上固定機構(10)和輔測滑臺機構(12)安放於光滑的工作檯上。
2.根據權利要求I所述的一種氣浮平臺位姿測量裝置，其特徵在於所述的輔測滑臺機構(12)包括氣浮平臺(I)、氣浮滑軌(2)、第一編碼器(3)和磁環(4)，氣浮平臺(I)與氣浮滑軌(2)連接，氣浮滑軌(2)與第一編碼器(3)連接，第一編碼器(3)與磁環(4)連接。
3.根據權利要求I所述的一種氣浮平臺位姿測量裝置，其特徵在於所述的臺上固定機構(10)包括安裝底座(5)、第二編碼器(6)和磁致伸縮傳感器(7);第二編碼器(6)安裝於安裝底座(5)上，第二編碼器(6)與磁致伸縮傳感器(7)連接。
4.根據權利要求3所述的一種氣浮平臺位姿測量裝置，其特徵在於所述的磁致伸縮傳感器(7)上設置有測量杆(8)，測量杆(8)穿過輔測滑臺機構上(12)的磁環(4)緊密連接。
5.使用如權利要求1-4任一項所述的一種氣浮平臺位姿測量裝置得出的一種氣浮平臺位姿測量方法，其特徵在於，包括如下步驟 步驟一將直線運動單元(9)安放於氣浮平臺工作區間旁，將輔測滑臺機構(12)安放於工作檯上並和直線運動單元(9)連接在一起，將臺上固定機構(10)安裝於氣浮平臺(13)上； 步驟二 將臺上固定機構上磁致伸縮傳感器(7)的測量杆(8)穿過輔測滑臺機構上的磁環⑷； 步驟三給系統通氣，氣浮平臺(13)和輔測滑臺機構(12)浮起； 步驟四給系統通電，直線運動單元(9)根據外線反饋控制輔測滑臺機構(12)跟蹤氣浮平臺(13)； 記(Xl，yi)為直線運動單元輸出的輔測滑臺機構(12)的平面位置坐標信息,L1為磁致傳感器(7)測量的長度，L2為磁致伸縮傳感器(7)的安裝中心與氣浮平臺(13)中心的直線距離，B1為第一編碼器輸出的角度值，a2為第二編碼器輸出的角度值；則有 氣浮平臺位置信息(x,y)為
全文摘要
一種氣浮平臺位姿測量裝置及其測量方法，裝置包括直線運動單元、輔測滑臺機構和臺上固定機構，所述的直線運動單元通過連接臂與輔測滑臺機構連接，輔測滑臺機構與臺上固定機構連接，臺上固定機構安裝於氣浮平臺上；臺上固定機構和輔測滑臺機構安放於光滑的工作檯上。方法如下將直線運動單元安放於氣浮平臺工作區間旁，輔測滑臺機構安放於工作檯上並和直線運動單元連接在一起，將臺上固定機構安裝於氣浮平臺上；將臺上固定機構上磁致伸縮傳感器的測量杆穿過輔測滑臺機構上的磁環；根據外線反饋控制輔測滑臺機構跟蹤氣浮平臺根據磁致伸縮傳感器和兩個編碼器的數據就可以實現氣浮平臺的位姿測量。本發明原理簡單、方便實用、費用低。
文檔編號G01C21/00GK102944234SQ20121045409
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月2日 優先權日2012年11月2日
發明者馬廣程, 夏紅偉, 王常虹, 李莉, 任順清, 凌明祥, 曲耀斌, 安昊 申請人:哈爾濱工業大學