[发明专利]Stewart平台姿态测量装置及测量方法

权利要求书

1.一种Stewart平台姿态测量装置，所述Stewart平台包括动平台和静平台，所述动平台和所述静平台之间通过六个球铰分别与六根可伸缩的连杆相连；其特征在于：设动平台坐标系{O_b}的三个坐标轴轴向分别为X、Y、Z，其坐标原点O_b是所述动平台的6个球铰的机械绞点组成的圆周的圆心，设静平台坐标系{O_I}的坐标原点O_I是所述静平台的6个球铰的机械绞点组成的圆周的圆心；在所述动平台上安装有四个垫块，在四个所述垫块上一一对应地安装有四个三轴向加速度传感器，其中，第一所述三轴向加速度传感器和第四所述三轴向加速度传感器分别安装于对应的所述垫块的上表面，第二所述三轴向加速度传感器和第三所述三轴向加速度传感器分别安装于对应的所述垫块的侧表面；四个所述三轴向加速度传感器的三个敏感轴方向均为x、y、z，其中，第一三轴向加速度传感器与第四三轴向加速度传感器以坐标原点O_b对称并分别位于X轴的两侧，第二三轴向加速度传感器与第三三轴向加速度传感器以X轴为对称轴对称安装，第一所述三轴向加速度传感器的x、y、z轴分别与所述动平台的X、Y、Z轴平行，第一所述三轴向加速度传感器、第二所述三轴向加速度传感器、第三所述三轴向加速度传感器、第四所述三轴向加速度传感器的包含安装方向的坐标分别为：(x₁、-y₁、z₁)、(-x₂、y₂、z₂)、(-x₂、-y₂、z₂)、(-x₁、y₁、z₁)。

2.根据权利要求1所述的Stewart平台姿态测量装置，其特征在于：所述三轴向加速度传感器为灵敏度为100mv/g、量程为50g、精度为0.0001g、频响范围为0.5-4.5KHz的低频三轴向加速度传感器。

3.一种如权利要求1或2所述的Stewart平台姿态测量装置采用的测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)将四个所述三轴向加速度传感器的输出简化成(b₁，b₂……b₁₂)，其中(b₁、b₂、b₃)是第一三轴向加速度传感器的x、y、z三个方向输出值，(b₄、b₅、 b₆)是第二三轴向加速度传感器的x、y、z三个方向输出值，(b₇、b₈、b₉)是第三三轴向加速度传感器的x、y、z三个方向输出值，(b₁₀、b₁₁、b₁₂)是第四三轴向加速度传感器的x、y、z三个方向输出值；

(2)根据下面公式(1)推导求解：

式(1)中，未知变量a₁、a₂、a₃、a₄、a₅、a₆、a₇、a₈、a₉、a₁₀、a₁₁、a₁₂分别为一一对应的A_x、A_y、A_z、ω_xω_y、ω_xω_z、ω_yω_z，求解式(1)可推导出平台旋转参数，如以下公式(2)～(13)所示，其中，A_x、A_y、A_z分别是动平台的坐标原点O_b相对于静平台的坐标原点O_I在x、y、z三个方向的加速度分量，分别是动平台旋转角速度在x、y、z三个方向的角加速度，通过该角加速度可快速判断出旋转角方向，分别是动平台旋转角速度在x、y、z三个方向的幅值平方，通过该幅值平方可快速计算出旋转角度大小，ω_xω_y、ω_xω_z、ω_yω_z为误差分析参数，由ω_xω_y、ω_xω_z、ω_yω_z九个变量准确获得在x、y、z三个方向的动平台旋转角速度ω_x、ω_y、ω_z的幅值和旋转方向：

上面公式中的x₁、y₁、z₁、x₂、y₂、z₂分别为对应三轴向加速度传感器相对于动平台的坐标原点O_b的距离，可自定义其数值；

通过上述公式(2)-(13)求得A_x、A_y、A_z、ω_x、ω_y、ω_z，即可获得动平台坐标系相对于静平台坐标系的位置和姿态参数，即动平台的坐标原点O_b即形心在静平台坐标系中的位置坐标P＝(x,y,z)和旋转参数摇摆角α、纵摇角β及偏摆角γ。