空間物體多維參數(shù)測(cè)量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種空間運(yùn)動(dòng)物體的位置狀態(tài)測(cè)量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]運(yùn)動(dòng)物體的測(cè)量參數(shù)包括平面坐標(biāo)、線速度、加速度、角速度和空間坐標(biāo)等，但目前的測(cè)量裝置測(cè)量參數(shù)少，沒有一臺(tái)測(cè)量設(shè)備能單獨(dú)完成三維空間中物體多維參數(shù)的測(cè)量。如要完成三維空間中物體多維參數(shù)的測(cè)量，則需要使用多臺(tái)測(cè)量設(shè)備共同進(jìn)行測(cè)量，造成測(cè)量設(shè)備體積龐大、線路復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種空間物體多維測(cè)量裝置，體積小、外接線路簡(jiǎn)單。不僅可測(cè)量空間點(diǎn)坐標(biāo)，還可以測(cè)量空間物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:包括三個(gè)角度編碼器N1、N2、N3和一個(gè)直線位移傳感器；角度編碼器NI的旋轉(zhuǎn)軸與角度編碼器N2的旋轉(zhuǎn)軸垂直相交于一點(diǎn)；角度編碼器N3的旋轉(zhuǎn)軸連接被測(cè)物體，且垂直于被測(cè)物體的旋轉(zhuǎn)平面(平行于被測(cè)物體B的旋轉(zhuǎn)軸線)，直線位移傳感器連接在度編碼器N1、N2的交點(diǎn)與角度編碼器N3之間。
[0005]在空間直角坐標(biāo)系xyz中，所述的角度編碼器NI用于測(cè)量直線位移傳感器與坐標(biāo)Z軸之間的夾角β ;角度編碼器Ν2用于測(cè)量直線位移傳感器在xoy平面內(nèi)的投影與X軸之間的夾角α ;角度編碼器Ν3用于測(cè)量被測(cè)物體的旋轉(zhuǎn)角度Θ ;直線位移傳感器用于測(cè)量被測(cè)物體的移動(dòng)長(zhǎng)度L。
[0006]所述被測(cè)物體在空間直角坐標(biāo)系xyz中的坐標(biāo)為(Lsin β cos α，Lsin β sin α，Lcos β );經(jīng)過時(shí)間t后移動(dòng)到點(diǎn)A’(x’，y’，z’)后的位移量為(Lsin β cos a -L，sin β ’ cos α ’，Lsin β sin α -L，sin β ’ sin α ’，Lcos β _L，cos β，)；移動(dòng)速度 Vx=Ax/t = (Lsin 0cosa-L’sin0’cosa’)/t，Vy = Δ y/t =(Lsin β sin a -L，sin β，sin a，)/t，Vz = Δ z/t = (Lcos β _L，cos β，)/t ;加速度 ax =Δ Vx/t, ay = Δ Vy/t, az = Δ Vz/1 ;角速度 ω = Θ /t。
[0007]本發(fā)明的有益效果是:裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量過程簡(jiǎn)便，能夠?qū)臻g運(yùn)動(dòng)物體的多維參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。
【附圖說明】
[0008]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0009]圖2是A點(diǎn)空間物體B在坐標(biāo)系中的坐標(biāo)確定示意圖；
[0010]圖3是A點(diǎn)空間方向的位移(Δχ，Ay, ΔΖ)示意圖；
[0011 ] 圖4是空間物體B的旋轉(zhuǎn)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明，本發(fā)明包括但不僅限于下述實(shí)施例。
[0013]本發(fā)明提供一種多維測(cè)量裝置，包括三個(gè)角度編碼器N1、N2、N3和一個(gè)直線位移傳感器L，由數(shù)據(jù)采集卡采集信息，再通過程序計(jì)算，最終通過屏幕顯示所測(cè)參數(shù)。
[0014]如圖1所示，在空間三維直角坐標(biāo)系xyz中，O點(diǎn)是原點(diǎn)(或參考點(diǎn))，坐標(biāo)為(x0，y0,z0);評(píng)是由直線OA (直線位移傳感器L)和Z軸形成的平面，點(diǎn)A(x，y，z)是W平面中的任意一點(diǎn)；α角是點(diǎn)A(x，y，z)在xoy平面內(nèi)的投影點(diǎn)a’(x，y)與原點(diǎn)O形成的直線與坐標(biāo)軸X形成的夾角，α角也就是W平面與坐標(biāo)軸X形成的夾角；β角是W平面內(nèi)的直線OA與坐標(biāo)軸Z之間的夾角。角度編碼器NI旋轉(zhuǎn)軸垂直于W平面，平行于xoy平面。角度編碼器NI旋轉(zhuǎn)軸與W平面垂直連接(即與測(cè)量用直線位移傳感器L垂直)；角度編碼器N2旋轉(zhuǎn)軸垂直于平面xoy，平行于W平面，角度編碼器NI旋轉(zhuǎn)軸和角度編碼器N2旋轉(zhuǎn)軸相互垂直；角度編碼器N3旋轉(zhuǎn)軸垂直于被測(cè)物體B的旋轉(zhuǎn)平面(平行于被測(cè)物體B的旋轉(zhuǎn)軸線)，并與被測(cè)物體B連接，角度編碼器N3與直線位移傳感器L連接。
[0015]角度編碼器NI用于測(cè)量直線位移傳感器L與坐標(biāo)Z軸之間的夾角β ;角度編碼器Ν2用于測(cè)量直線位移傳感器L上的點(diǎn)A(x，y，z)投影在xoy平面內(nèi)的點(diǎn)a’(x，y)與原點(diǎn)O形成的直線與X軸之間的夾角α ;角度編碼器Ν3用于測(cè)量在點(diǎn)A(x，y，z)的空間物體B的旋轉(zhuǎn)角度Θ ;直線位移傳感器L用于測(cè)量空間物體A點(diǎn)到原點(diǎn)O的直線OA長(zhǎng)度。
[0016]根據(jù)采集的角度α、β、Θ、長(zhǎng)度值和時(shí)間參數(shù)t，通過公式數(shù)學(xué)計(jì)算，可以精確得至Ij出空間物體B的A點(diǎn)空間坐標(biāo)(X，y, z)，以及空間物體B的空間方向位移(Δχ, Ay, Δ ζ)、空間方向速度(Vx, Vy, Vz)、空間方向加速度(ax, ay, az)、旋轉(zhuǎn)角度Θ和角速度ω。其原理如下:
[0017](I)A點(diǎn)在坐標(biāo)系中的坐標(biāo)確定
[0018]空間物體B在xyz空間直角坐標(biāo)系中軸上的投影是
[0019]X = Lsin β cos α (1-1)
[0020]y = Lsin^ sin α (1-2)
[0021]ζ = Lcos β (1-3)
[0022]由以上可得出空間物體B的坐標(biāo)(Lsin β cos α，Lsin β sin α，Lcos β )；
[0023](2)空間物體B的空間方向位移(Δ X，Δ y，Δ ζ)
[0024]空間物體B從點(diǎn)A(x，y，z)移動(dòng)到A’(x’，y’，z’ )后，在A_A’之間就出現(xiàn)位移
[0025]I AA’ I，這個(gè)位移在空間直角坐標(biāo)系xyz中的投影是(Δ χ，Δ y，Δ z)(見圖3)。
[0026]Δ X = χ-χ，= Lsin β cos a -V sin β ’ cos α ’ (2-1)
[0027]Ay = = Lsin β sin α -V sin β，sin α， (2—2)
[0028]Δ ζ = ζ_ζ，= Lcos β -V cos β ’ (2-3)
[0029]因此，A點(diǎn)移動(dòng)到A’點(diǎn)的位移在xyz空間直角坐標(biāo)系投影是(Lsin β cos a -L，sin β ’ cos α ’，Lsin β sin α -L，sin β ’ sin α ’，Lcos β _L，cos β，)；
[0030](3) A點(diǎn)空間物體B的速度(Vx，Vy, Vz)測(cè)量
[0031]引入時(shí)間變量，可以測(cè)量出A點(diǎn)空間物體B在空間中運(yùn)行的瞬時(shí)速度。即:V =AS/to所以空間物體B在X方向、y方向和ζ方向運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度為
[0032]Vx = Δ χ/t = (Lsin β cos α -V sin β ’ cos α，)/t (3-1)
[0033]Vy = Λ y/t = (Lsin β sin α -L’ sin β ’ sin α ’)/t (3-2)
[0034]Vz = Λ z/t = (Lcos β _L，cos β，)/t (3-3)
[0035](4) A點(diǎn)空間物體B的加速度(ax，ay, az)測(cè)量
[0036]測(cè)量出A點(diǎn)空間物體B在空間中運(yùn)行的速度變化情況，S卩加速度a = AV/t。所以，間物體B在X方向、y方向和z方向運(yùn)動(dòng)的加速度為
[0037]ax = Λ Vx/t (4-1)
[0038]ay = Λ Vy/t (4-2)
[0039]az = Λ Vz/t (4—3)
[0040](5) A點(diǎn)空間物體B的旋轉(zhuǎn)角速度ω
[0041]采用角度編碼器Ν3測(cè)量空間物體B的旋轉(zhuǎn)的角度Θ，再通過時(shí)間變量t計(jì)算角速度 ω =Θ /t ο
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種空間物體多維參數(shù)測(cè)量裝置，包括三個(gè)角度編碼器N1、N2、N3和一個(gè)直線位移傳感器，其特征在于:角度編碼器NI的旋轉(zhuǎn)軸與角度編碼器N2的旋轉(zhuǎn)軸垂直相交于一點(diǎn)；角度編碼器N3的旋轉(zhuǎn)軸連接被測(cè)物體，且垂直于被測(cè)物體的旋轉(zhuǎn)平面(平行于被測(cè)物體B的旋轉(zhuǎn)軸線)，直線位移傳感器連接在度編碼器N1、N2的交點(diǎn)與角度編碼器N3之間。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空間物體多維參數(shù)測(cè)量裝置，其特征在于:在空間直角坐標(biāo)系xyz中，所述的角度編碼器NI用于測(cè)量直線位移傳感器與坐標(biāo)Z軸之間的夾角β ;角度編碼器Ν2用于測(cè)量直線位移傳感器在xoy平面內(nèi)的投影與X軸之間的夾角α ;角度編碼器Ν3用于測(cè)量被測(cè)物體的旋轉(zhuǎn)角度Θ ;直線位移傳感器用于測(cè)量被測(cè)物體的移動(dòng)長(zhǎng)度L。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的空間物體多維參數(shù)測(cè)量裝置，其特征在于:所述被測(cè)物體在空間直角坐標(biāo)系xyz中的坐標(biāo)為(Lsin β cos α，Lsin β sin α，Lcos β );經(jīng)過時(shí)間t后移動(dòng)到點(diǎn)A’(X’，y’，z’)后的位移量為(Lsin β cos a -L’ sin β ’ cos α ’，Lsin β sin a -L’ sin β ’ sin α ’，Lcos 0_L’cos0’)；移動(dòng)速度 Vx= A x/t =(Lsin β cos a -L，sin β，cos α，)/t，Vy = Δ y/t = (Lsin β sin a -L，sin β，sin α，) /t,Vz = Δ z/t = (Lcos β ~L, cos β，)/t ;加速度 ax = Δ Vx/t，ay = Δ Vy/t, az = Δ Vz/1 ；角速度ω = θ /t。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種空間物體多維參數(shù)測(cè)量裝置，包括三個(gè)角度編碼器N1、N2、N3和一個(gè)直線位移傳感器，角度編碼器N1的旋轉(zhuǎn)軸與角度編碼器N2的旋轉(zhuǎn)軸垂直相交于一點(diǎn)；角度編碼器N3的旋轉(zhuǎn)軸連接被測(cè)物體，且垂直于被測(cè)物體的旋轉(zhuǎn)平面(平行于被測(cè)物體B的旋轉(zhuǎn)軸線)，直線位移傳感器連接在度編碼器N1、N2的交點(diǎn)與角度編碼器N3之間。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量過程簡(jiǎn)便，能夠?qū)臻g運(yùn)動(dòng)物體的多維參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。
【IPC分類】G01D21/02
【公開號(hào)】CN105043438
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510253131
【發(fā)明人】宋杰書, 閆婷
【申請(qǐng)人】西安航空制動(dòng)科技有限公司
【公開日】2015年11月11日
【申請(qǐng)日】2015年5月18日