專利名稱：六自由度平臺精密測量機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種六自由度平臺精密測量機(jī)構(gòu)，主要用于汽車車輪定位及運動狀態(tài)參數(shù)的 測量機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
目前六自由度平臺已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，通常指的是六自由度運動平臺，其結(jié)構(gòu)是采用六 個液壓缸，上、下各六只萬向鉸鏈和上、下兩個平臺組成。下平臺固定在基礎(chǔ)上，借助六個 液壓缸的伸縮運動，完成上平臺在空間六個自由度(X， Y， Z， a， e， Y)的運動，從而 可以模擬出各種空間運動姿態(tài)。在上平臺上固定有駕駛艙或座椅等，可廣泛應(yīng)用到各種訓(xùn)練 模擬器如飛行模擬器、艦艇模擬器、坦克模擬器、汽車駕駛模擬器、以及動感電影娛樂等領(lǐng) 域。此外在加工業(yè)中的六軸聯(lián)動機(jī)床、機(jī)械人、控制手柄等也均有采用六自由度平臺技術(shù)。 但是目前把六自由度平臺用于測量機(jī)構(gòu)還是比較少見，特別是采用光柵尺傳感器組成六自由 度平臺測量機(jī)構(gòu)目前還沒有。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種精確實時測量汽車車輪狀態(tài)的六自由度平臺精密測量機(jī)構(gòu)。 本發(fā)明的上述目的是這樣實現(xiàn)的，結(jié)合


如下-一種六自由度精密測量機(jī)構(gòu)，其主要由固定盤、隨動盤和測量裝置組成，所說的固定盤 l通過連接機(jī)構(gòu)與隨動盤9連接，固定盤l在測量時保持固定不動，隨動盤9與被測物體連 接，所說的連接機(jī)構(gòu)包括擺動缸3、導(dǎo)桿總成8，其中的擺動缸3—端通過萬向聯(lián)軸節(jié)2與 固定盤1連接，另一端的并與導(dǎo)桿總成8連接，導(dǎo)桿總成8可以在擺動缸3中自由伸縮滑動， 導(dǎo)桿總成8的另一端通過萬向聯(lián)軸節(jié)2與隨動盤9連接，所說的測量裝置采用光柵尺傳感器。所說的光柵尺傳感器包括固定底座4和測量頭5兩部分，光柵尺傳感器的固定底座4通 過直線導(dǎo)軌11固定到擺動缸3上，光柵尺傳感器的測量頭5通過連接件6固定到導(dǎo)桿總成 8上的拔動臂總成7上。該機(jī)構(gòu)的總與導(dǎo)桿總成8連接的擺動缸3的端口出設(shè)有防止導(dǎo)桿總成8滑出擺動缸3的 限位裝置。本發(fā)明的技術(shù)效果目前車輪定位參數(shù)的測量，國際上主要采用兩種方法即六自由度機(jī)械手臂測量(類似 于空間三坐標(biāo)測量儀機(jī)構(gòu))和根據(jù)"三點確定一個平面"的原理，安裝三支高精度微位移傳 感器與車輪輪轂上，通過三支位移傳感器的數(shù)值解算算出車輪的角位移和線位移變化。第二 套方案只能測量三個自由度，而測量其它自由度時仍需要另外加測量機(jī)構(gòu)。本發(fā)明的測量原 理類似與第一套方案，但六自由度機(jī)械手臂測量時占用較大的空間，機(jī)械手臂移動時產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動慣量對精度也有所影響，而采用本發(fā)明提供的六自由度測量機(jī)構(gòu)測量時可有效解決上述 問題，可實現(xiàn)精確實時測量汽車車輪狀態(tài)的技術(shù)效果。

圖l:六自由度測量機(jī)構(gòu)總體圖；圖2:六自由度測量機(jī)構(gòu)各部分工作框圖。圖3:六自由度測量機(jī)構(gòu)中固定盤、隨動盤、擺動缸、導(dǎo)桿總成、拔臂總成、光柵尺傳 感器等的布置關(guān)系圖。圖中l(wèi).固定盤 2.萬向聯(lián)軸節(jié) 3.擺動缸.4.固定底座 5.測量頭 6.連接件 7. 拔動臂總成 8.導(dǎo)桿總成 9.隨動盤 10.螺母 ll.直線導(dǎo)軌 12.銷座13.螺母14. 墊圈15.墊圈16.圓柱銷17.固定板18.牽引桿具體實施方式
下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體內(nèi)容及其工作過程。六自由度平臺精密測量機(jī)構(gòu)主要由固定盤1、萬向聯(lián)軸節(jié)2、擺動缸3、光柵尺傳感器 的固定底座4、光柵尺傳感器的測量頭5、連接件6、拔動臂總成7、導(dǎo)桿總成8、隨動盤9、 螺母10以及直線導(dǎo)軌11等組成。其中擺動缸3的一端通過萬向聯(lián)軸節(jié)2與固定盤1連接， 當(dāng)進(jìn)行系統(tǒng)測量時固定盤l的位置是始終保持固定不動。擺動缸3的另一端的端口設(shè)計有限 位裝置，使導(dǎo)桿總成8不會滑出擺動缸3。導(dǎo)桿總成8—端在擺動中可以自由滑動，另一端 通過萬向聯(lián)軸節(jié)與隨動盤9連接。導(dǎo)桿總成8與擺動缸3的缸體內(nèi)部表面均屬于精密加工， 導(dǎo)桿總成8可以在擺動缸3內(nèi)部幾乎無摩擦的滑動。導(dǎo)軌總成8可以在擺動缸3中自由伸縮， 其組成和工作原理類似于液壓缸中的液壓缸體和活塞桿。光柵尺傳感器包括固定底座4和測 量頭5兩部分，其中固定底座4主要用于測量時固定光柵尺傳感器，而測量頭5是光柵尺傳 感器的測量裝置，測量頭5可以在固定底座4上直線滑動，測量頭5上有電信號輸出接口， 輸出信號就是測量頭5在光柵尺傳感器的固定底座4上的滑動位移變化量。測量時測量頭5 與被測物體相連，并隨著被測物體的位移變化而發(fā)生位移變化。在本測量裝置中，光柵尺傳 感器通過固定底座4固定在擺動缸3上。由于本測量機(jī)構(gòu)要求高精度，而光柵尺傳感器在測 量時如果遇到外界干擾，測量頭5與固定底座4之間除了縱向的滑動，也可能產(chǎn)生側(cè)向的輕 微位移變化。為了在測量時避免這種情況，通過一個直線導(dǎo)軌11限制測量頭5相對于固定 底座4的側(cè)向位移，使測量時測量頭5始終與固定底座4保持直線的滑動。直線導(dǎo)軌ll也 是通過螺栓固定在擺動缸3上。測量時固定盤1保持固定，隨動盤9與被測物體連接，當(dāng)被測物體發(fā)生空間位移變化時， 隨動盤9隨之發(fā)生位移變化。而與隨動盤9通過萬向聯(lián)軸節(jié)連接的擺動缸3也會發(fā)生位移變 化。同時固定盤1是靜止不動的，與固定盤1通過萬向聯(lián)軸節(jié)2連接的擺動缸3也是固定的， 因此導(dǎo)桿總成8在擺動缸3中發(fā)生相對滑動。這個滑動的位移量就是光柵尺傳感器需要測量 的位移量。傳感器傳感器是通過直線導(dǎo)軌11固定到擺動缸3上的，只需讓測量頭5測量出 導(dǎo)桿總成8在擺動缸3中的伸縮量即可，因此需要把測量頭5與導(dǎo)桿總成8進(jìn)行固定連接。由于光柵尺傳感器的測量頭5比較短，因此要與導(dǎo)桿總成8連接時必須安裝有連接件6。 在導(dǎo)桿總成8上安裝拔動臂總成7，拔動臂總成7隨導(dǎo)桿總成8的移動而同時發(fā)生位移變化， 二者之間沒有相對移動。安裝連接件6， 一端安裝到光柵尺傳感器的測量頭5上，另一端固 定到拔動臂總成7上，同時要保證連接件6與導(dǎo)桿總成8的相對位置始終保持水平。這樣當(dāng) 導(dǎo)桿總成8伸縮時，導(dǎo)桿總成8上的拔動臂總成7也隨之移動，同時拔動臂總成7帶動連接 件6發(fā)生位移變化。連接件6最終帶動測量頭5產(chǎn)生位移變化。測量頭5的位移變化是可以 通過測量頭5測得的，當(dāng)拔動臂總成7、連接件6有足夠的精度和剛度時，測量頭5測得的 位移就是導(dǎo)桿總成8在擺動缸3中的位移伸縮變化量。因此在測量時，固定盤l保持固定，隨動盤9發(fā)生位移變化時，與隨動盤9通過萬向聯(lián) 軸節(jié)連接的導(dǎo)桿總成8也產(chǎn)生相對位移變化。而通過連接件6、拔動臂總成7與導(dǎo)桿總成8 連接的光柵尺傳感器的測量頭5也會在拉力或壓力的作用下發(fā)生移動。同時因固定盤1保持 固定，與固定盤1通過萬向聯(lián)軸節(jié)2連接的擺動缸3也是保持固定的，固定在擺動缸3上的 直線導(dǎo)軌11的位移也是不變的，導(dǎo)致在測量時導(dǎo)軌總成8和測量頭5是同時發(fā)生位移變化， 且變化量相等。通過這個原理可以用光柵尺傳感器測量出導(dǎo)桿總成8的位移變化量。被測物體在空間的位移是可以任意變化的，與被測物體連接的隨動盤9也有空間六個自 由度的位移變化。而根據(jù)六自由度平臺運動動力學(xué)理論，用六套由光柵尺傳感器、連接件6、 拔動臂總成7、導(dǎo)桿總成8、擺動缸3等裝置按照一定的空間位移布置通過萬向聯(lián)軸節(jié)分別 與固定盤1和隨動盤9固定。這樣在隨動盤9發(fā)生在空間位移變化時，六個導(dǎo)桿總成8會發(fā) 生不同程度的位移變化，而六個光柵尺傳感器根據(jù)這種位移變化輸出不同的位移變化信號。 根據(jù)六自由度運動動力學(xué)理論中的六自由度解算算法，在已知六個導(dǎo)桿總成8的位移變化就 可以解算出隨動盤9的空間位移變化。如果把隨動盤9與汽車車輪固定在一起時，當(dāng)車輪在 空間六自由度發(fā)生位移變化時，隨動盤9也會發(fā)生相對位移變化，而在固定隨動盤9和汽車 車輪時二者之間距離關(guān)系是已知的，因此如果可以測量出隨動盤9的空間六自由度位移變 化，也就可以計算出汽車車輪的空間六自由度位移變化，對車輪空間六自由度位移變化的測 量對開發(fā)汽車底盤有非常重要的作用。使用六自由度平臺精密測量機(jī)構(gòu)測量時主要分為兩個步驟第一步是六自由度平臺自身 的初始安裝定位(此安裝定位只需要定位一次即可)，即當(dāng)把六自由度平臺的各個組件加工 好后，搭建六自由度測量平臺本身時需要的定位。因為在六自由度平臺技術(shù)中，要想通過六 個導(dǎo)桿的位移變化解算出隨動盤9的空間位移變化，除了使用六個位移變化量外，還需要已 知每個導(dǎo)桿與隨動盤9和固定盤1之間的夾角(根據(jù)機(jī)械機(jī)構(gòu)方面的限制，這個角度在測量 時是不會發(fā)生變化)以及固定盤1和隨動盤9上連接的萬向聯(lián)軸節(jié)2的布置情況。同時在安 裝各個部分時也要保證相應(yīng)的安裝精度，以保證測量的精確性，因此在安裝六自由度平臺精 密測量機(jī)構(gòu)時，首先把光柵尺傳感器的固定底座4通過直線導(dǎo)軌11固定到擺動缸3上。同 時，根據(jù)光柵尺傳感器的測量頭5通過連接件6固定到導(dǎo)桿總成8上的拔動臂總成7上，然 后將導(dǎo)桿總成8，安裝到擺動缸3中，保證導(dǎo)桿總成8與擺動缸3同軸安裝，即導(dǎo)桿總成8在擺動缸3內(nèi)滑動沒有干涉。安裝好導(dǎo)桿總成8后，在擺動缸3缸口加上限位裝置，以免導(dǎo) 桿總成8滑出擺動缸3，最后把六套導(dǎo)桿總成8、擺動缸3等部件分別用萬向聯(lián)軸節(jié)2固定 到固定盤1和隨動盤9上。安裝時要注意固定盤1和隨動盤9上六個萬向聯(lián)軸節(jié)2距離偏心 的距離相同，且臨近的兩個萬向聯(lián)軸節(jié)2與中心的夾角均為60。。同時也要保證每個擺動缸 3與導(dǎo)桿總成8裝置與隨動盤9和固定盤1的夾角均相同，且保證隨動盤9與固定盤1的垂 線同時穿過隨動盤9和固定盤1的中心圓點。六自由度測量平臺的傳感器和機(jī)械結(jié)構(gòu)安裝完 畢后需要用一定的測控系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定，也就是得出光柵尺傳感器測量頭5移動位移與輸出信 號之間的關(guān)系，使在測量時可以根據(jù)傳感器輸出的電信號就測出測量頭5的位移變化情況。 到此位置六自由度平臺精密測量機(jī)構(gòu)安裝完成。第二步就是應(yīng)用六自由度平臺精密測量機(jī)構(gòu)對被測物體進(jìn)行測量。以測量車輛輪胎的定位參數(shù)為例1、完成六自由度測量平臺初始定位；2、把被測車輛安裝到臺架上；3、首先 把固定盤l固定，然后把隨動盤9與車輪進(jìn)行固定連接，保證固定盤l、隨動盤9與車輪中 心共線；4、開始測量，當(dāng)車輪輪胎在空間發(fā)生位移變化時，車輪帶動隨動盤9發(fā)生位移變 化，隨著導(dǎo)桿總成8、拔動臂總成7、連接件6直到光柵尺編碼器的測量頭5隨之發(fā)生位移 變化。光柵尺傳感器會精確測量出導(dǎo)桿總成8的位移變化，然后將輸出信號給控制采集系統(tǒng)， 再由控制采集系統(tǒng)采集位移信號，并由內(nèi)部事先編寫好的六自由度解算算法解算出車輪的的 空間位移變化姿態(tài)。通過測量出車輪的位移變化，就可以根據(jù)相關(guān)汽車知識計算出車輛的性 能好壞，無論對于車輛的檢測還是車輛的研發(fā)均有重要的意義。
權(quán)利要求
1、一種六自由度精密測量機(jī)構(gòu)，其主要由固定盤、隨動盤和測量裝置組成，其特征在于所說的固定盤(1)通過連接機(jī)構(gòu)與隨動盤(9)連接，固定盤(1)在測量時保持固定不動，隨動盤(9)與被測物體連接，所說的連接機(jī)構(gòu)包括擺動缸(3)、導(dǎo)桿總成(8)，其中的擺動缸(3)一端通過萬向聯(lián)軸節(jié)(2)與固定盤(1)連接，另一端與導(dǎo)桿總成(8)連接，導(dǎo)桿總成(8)可以在擺動缸(3)中自由伸縮滑動，導(dǎo)桿總成(8)的另一端通過萬向聯(lián)軸節(jié)(2)與隨動盤(9)連接，所說的測量裝置采用光柵尺傳感器。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的六自由度精密測量機(jī)構(gòu)，其特征在于所說的光柵尺傳感器包 括固定底座(4)和測量頭(5)兩部分，光柵尺傳感器的固定底座(4)通過直線導(dǎo)軌(11) 固定到擺動缸(3)上，光柵尺傳感器的測量頭(5)通過連接件(6)固定到導(dǎo)桿總成(8) 上的拔動臂總成(7)上。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的六自由度精密測量機(jī)構(gòu)，其特征在于與導(dǎo)桿總成(8)連 接的擺動缸(3)的端口處設(shè)有防止導(dǎo)桿總成(8)滑出擺動缸(3)的限位裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種六自由度平臺精密測量機(jī)構(gòu)，主要用于汽車車輪定位及運動狀態(tài)參數(shù)的測量機(jī)構(gòu)。技術(shù)方案是其主要由固定盤、隨動盤和測量裝置組成，其特征在于所說的固定盤(1)通過連接機(jī)構(gòu)與隨動盤(9)連接，固定盤(1)在測量時保持固定不動，隨動盤(9)與被測物體連接，所說的連接機(jī)構(gòu)包括擺動缸(3)、導(dǎo)桿總成(8)，其中的擺動缸(3)一端通過萬向聯(lián)軸節(jié)(2)與固定盤(1)連接，另一端的并與導(dǎo)桿總成(8)連接，導(dǎo)桿總成(8)可以在擺動缸(3)中自由伸縮滑動，導(dǎo)桿總成(8)的另一端通過萬向聯(lián)軸節(jié)(2)與隨動盤(9)連接，所說的測量裝置采用光柵尺傳感器。本發(fā)明解決了精確實時測量汽車車輪狀態(tài)的問題。
文檔編號G01B11/02GK101216291SQ20081005026
公開日2008年7月9日 申請日期2008年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月17日
發(fā)明者宗長富, 穎 徐, 徐鐵漢, 楊德軍, 欣 管, 軍 詹, 趙偉強(qiáng), 鄭宏宇, 郭學(xué)立 申請人:吉林大學(xué)