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基于Stewart平台的空间平面静态位置检测方法研究 　　摘 要：文章提供了一种非接触式Stewart平台静态空间位置测量与分析方法。通过研究Stewart平台的常见几种空间位置姿态，简化建立了数学模型，利用激光传感器测量与计算Stewart平台三个点的空间位置，用平面的点法式方程计算出平面的静态空间位置。通过实验结果表明，该方法避免了接触式测量仪对模型作用一定的力而产生的误差，能够精确地计算出Stewart平台的静态空间位置 关键词：六自由度并联平台；激光传感器；非接触式 引言 六自由度并联机构（Stewart平台）目前在各类运动仿真系统中得到广泛的应用，尤其是一些实验模拟台，如空间对接模拟设备、道路模拟台等。这类运动平台在21世纪有着广阔的发展前景，国内外相关机构都投入了大量人力物力来研究，优化六自由度并联平台[1]。模拟实验台研制涉及机械、液压、电气、控制、计算机、传感器、实时信号传输、动态仿真等一系列高科技领域，引起了广泛的研究兴趣，使得其发展极为迅速 六自由度并联平台是一种由运动系统、控制系统以及计算机控制系统组成的大型设备，现已经广泛运用于航空、航天、军事等领域。随着航天事业的迅速发展，六自由度并联平台在空间对接等需要对特定目标跟踪的方面发挥了巨大的作用，能够在降低成本的基础上检验设计的可行性。研究生产中常见的六自由度并联平台机构，如图1所示，通常由下平台、六个液压缸、上平台及12个球铰（或万向铰）组成[2]。每个液压缸的运动各由一电液伺服阀控制。驱动杆沿着杆长方向作线性伸缩往复移动使平台实现六个自由度上的运动 1 激光传感器 激光具有高亮度、高方向性、高单色性和高相干性的特点，应用于测量和加工等方面，可以实现无触点远距离的测量，而且速度高、精度高，测量范围广，抗光、电干扰能力强，因此激光得到了广泛的应用。激光传感器是利用激光技术进行测量的传感器。它由激光器、激光检测器和测量电路组成。激光传感器是新型测量仪表，它的优点是能实现无接触远距离测量，速度快，精度高，量程大，抗光、电干扰能力强等。激光传感器的工作原理为：根据测量光速与接收间的时间差，估计与障碍物之间的距离，距离公式为： 激光位移传感器是一种高精度测量位移的传感器[4]，具有高精度测量位移的特点，将其用在测量角度上，能够实现高精度的角度测量[5]。文章就是将其应用在角度测量中，实现高精度的角度测量。为了提高Stewart平台位置测量的准确性，提出一种激光传感器的Stewart平台位姿测量方法 2 基于激光传感器的Stewart平台静态位置检测 2.1 平台机构 Stewart平台并联机构由于具有刚度大、承载能力强、位置误差不累计等特点，在应用上与串联机构形成互补，已成为空间机构学的研究热点。目前，Stewart平台并联机构已经在航空、航天、海底作业、地下开采、制造装配等行业有着广泛的应用 2.1.1 平台机构介绍 平台由上、下两个平台、六个驱动关节和连接球铰组成，上平台为运动平台，下平台为基座，上、下平台的六个铰点分别组成一个六边形，连接六个液压缸作为驱动关节，每个液压缸两端各连接一个球铰。六个驱动关节的伸缩运动是独立的，由液压比例压力阀控制各液压缸作伸缩运动，从而改变各个驱动缸的长度，使动平台在空间的位置和姿态发生变化 通过基座和上平台之间的液压缸协调配合运动实现平台的空间姿态变换，即横摇、横荡、纵荡、纵摇、艏摇和垂荡这六种动作[6]。该平台是通过六个驱动杆的协调动作来实现三个线性移动及三个转动共六个自由度的运动 为了求解上平台以及负载相对于下平台的运动情况，可通过在上下平台中心点建立两个物理坐标系[6-8]。其中在下平台中心点建立起O-XYZ的惯性参考坐标系，并把该坐标系定义为静坐标系。本方法就是利用静坐标系作为基准，计算求解。其结构如图2所示 2.1.2 六自由度平台技术参数 2.2 空间平面静态位置建模 因为过空间一点可以作而且只能作一平面垂直于一已知直线，所以当平面？装上一点M0（x0，y0，z0，）和它的一个法线向量 为已知时，平面？装的位置就完全确定了。因此，只要求得该平面的法向量和该平面上的一个点，即可求得空间平面的位置 建立空间坐标系，求空间平面位置。采用六个激光传感器，测得空间平面上三个点坐标，已知平面上三个点坐标，即可求出该平面的法向量，三个点确定一个平面。如图2所示，已知激光传感器1在点A（X1，Y1，0），激光传感器2在点B（X2，Y2，0），分别投射到平面上位置C点，使得测得AC投影O’A，O’A平行于X轴，BC投影O’B，O’B平行于Y轴。测得AC=l1，∠O’AC=？琢1，BC=l2，∠O’BC=？茁1其数学模型，如图3所示 2