顶部无固定收放点的吊绳二维摆角测量装置及测量方法与流程

本发明涉及测量装置，具体地，涉及一种顶部无固定收放点的吊绳二维摆角测量装置及测量方法。

背景技术：

1、在空间机构地面展开测试中，需模拟在轨微重力环境对运动机构进行重力实时补偿，采用悬吊式运动跟随重力补偿装置是重力补偿常用的方法之一，通过悬吊力平衡运动负载的重力，要求悬吊力方向保持竖直。通过对机构吊点运动过程中产生吊绳竖直摆角实时测量，控制顶部悬吊运动装置进行水平运动实时跟随，减少吊绳竖直摆角，从而保持吊绳的竖直方向性。

2、现有的吊绳二维摆角测量装置采用吊绳顶部固定收放点方式，通过在通过该固定点的两个正交轴上安装两组独立随摆角测量单元，实现对吊绳在竖直方向的二维摆角测量。吊绳卷绕收放采用卷筒方式时，吊绳通过卷筒的旋转将吊绳压入到螺旋线槽中，吊绳收放点随线槽沿卷筒轴向移动，相对于卷筒为非固定收放点，上述固定收放点摆角测量方法无法直接适用，需通过加装引导轮等方式将吊绳收放点转移至某一个相对卷筒位置固定点才能使用，该方法导致装置安装附件增多、系统复杂性及安装空间需求增加，以及引入吊绳收放摩擦阻力等，无法满足悬吊式运动跟随重力补偿装置对小型化、悬吊力保持高稳定性等要求。

3、专利文献cn103588095a公开了一种摆角测量装置和安装有该摆角测量装置的起重机械，该测量装置将与吊绳连接的随动支架连接在设置与第一转轴的第二转轴上，第一转轴的旋转轴线与第二转轴的旋转轴线垂直，通过检测第一转轴和第二转轴的旋转角度并进行相关计算获得吊绳的摆角，但该测量装置需要由吊绳收放装置结构提供固定的吊绳顶部收放点，仅适用于起重机械等具备顶部固定收放点的吊绳二维摆角测量。

4、专利文献cn102701078a公开了一种基于图像检测的双吊具桥吊摆角测量装置及方法，通过在灯箱四个侧面设置线阵ccd器件和led灯，通过在两组线阵ccd器件形成的吊绳阴影，通过光电装换及图像处理计算得到吊绳在竖直方向上二维摆角。该装置能够测量顶部无固定收放点的吊绳二维摆角，但该装置结构上安装光电器件、供电模块、信号采集处理器件及线缆等附件较多，且ccd器件成像对最小距离、环境背景光线等存在严格要求，该装置安装空间需求相对较大，难以满足装置小型化、多吊点近距离使用等条件下吊绳摆角测量需求。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种顶部无固定收放点的吊绳二维摆角测量装置及测量方法。

2、根据本发明提供的顶部无固定收放点的吊绳二维摆角测量装置，包括：卷筒、吊绳、顶部移动吊点位置、转动夹棍、竖直二维摆角测量单元、第一随摆机构转轴线、第二随摆机构转轴线、测量单元框架、框架内轴承安装梁、第二随摆角测量机构、第三随摆角测量机构、第一随摆角测量机构、绝对值角度编码器、销钉、摆杆联动转轴、轴承、u形摆杆、摆杆和细滑夹杆；

3、安装主体为与卷筒固定的方形围框结构，与卷筒轴线垂直的围框侧面间安装一组第一随摆角测量机构，其中第一随摆角测量机构的转轴位于围框竖直对称面上且与卷筒轴线平行；

4、与卷筒轴线平行的围框侧面间安装上下两组第二随摆角测量机构、第三随摆角测量机构，其中第二随摆角测量机构的转轴位于围框竖直对称面上且与第一随摆角测量机构轴线水平垂直相交，第三随摆角测量机构的转轴与第二随摆角测量机构转轴同轴；

5、随摆角测量机构包括摆杆、细滑夹杆、摆杆联动转轴、绝对值角度编码器，摆杆联动转轴位于围框侧面竖直对称面上，摆杆与绝对值角度编码器连接，进行随摆转角数据的测量；

6、所述摆杆联动转轴与围框结构通过轴承支撑连接，摆杆联动转轴的一端与摆杆连接，细滑夹杆安装于摆杆的t型底部，吊绳从一对细滑夹杆中间穿过。吊绳冲从顶部移动吊点往下依次穿过第二随摆角测量机构、第三随摆角测量机构、第一随摆角角测量机构的细滑夹杆，当吊绳摆动时，第一随摆角测量机构、第二随摆角测量机构、第三随摆角测量机构进行相应角度摆动θ1、θ2、θ3；

7、所述顶部移动吊点位置位于卷筒正下方，为转动夹棍与吊绳的接触点；竖直二维摆角测量单元安装于转动夹棍正下方；第二随摆角测量机构、第三随摆角测量机构、第一随摆角测量机构安装于测量单元框架内部；框架内轴承安装梁安装于测量单元框架内部；第二随摆角测量机构、第三随摆角测量机构共用第二随摆机构转轴线；随摆机构转轴线、位于测量单元框架围框竖直对称面上；u型摆杆通过销钉固定于摆杆联动转轴上。

8、优选的，卷筒为圆柱形，其表面为螺旋线槽。

9、优选的，安装后卷筒轴线为水平，通过卷筒收放吊绳时，收放点位置随卷筒线槽边沿轴向平移，吊绳摆角在与卷筒轴线垂直的竖直面内投影为顶点固定直线，与竖直线的夹角为θx，吊绳摆角在与卷筒轴线平行的竖直面内投影为无固定点直线，与竖直线的夹角为θy。

10、根据本发明提供的顶部无固定收放点的吊绳二维摆角测量方法，包括：

11、通过第一随摆角测量机构的角度编码器测得随摆角为θ1，该转角值θ1为吊绳摆角在与卷筒轴线垂直的竖直面上分量θx，即：θx＝θ1；

12、第二随摆角测量机构的摆杆长l2，通过第二随摆角测量机构的角度编码器测得随摆角为θ2；

13、第三随摆角测量机构的摆杆长为l3，满足l3>l2，第三随摆角测量机构转轴与第三随摆角测量机构转轴同轴，通过第三角度编码器测得随摆角为θ3；

14、通过已知数值l2、l3，测量值θ2、θ3，计算得出吊绳摆角在平行于卷筒轴线的竖直面上分量θy：

15、

16、获得吊绳在竖直方向上的二维摆角(θx,θy)。

17、优选的，第一、第二、第三随摆角测量机构的角度编码器通过信号线缆连接至数据采集模块，吊绳二维摆角值直接用于控制空间机构悬吊式重力补偿系统进行水平二维运动跟随补偿，实时保持吊绳的竖直方向性。

18、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

19、(1)现有的吊绳二维摆角测量装置采用吊绳顶部固定收放点辅助测量方式，需在卷收装置上加装引导轮等方式将吊绳收放点转移至某一个相对位置固定点才能使用，本发明提供了一种无需设置顶部固定收放点的吊绳二维摆角测量装置及方法，具有适用范围广、结构简单，占用空间小等特点；

20、(2)本发明针对卷筒螺旋线槽式收放吊绳时，收放点位置随卷筒线槽边沿轴向平移特点，采用3组随摆角测量值及测量单元安装几何关系，计算获取吊绳的二维竖直摆角，与采用光学投影图像检测等非接触式吊绳摆角测量方式相比，本发明利用绝对值编码器直接获取随摆转角值，分辨率及采样频率更高，且无需光电转化及图像处理等复杂算法处理过程，测量结果准确度及可信度高；

21、(3)本发明提供了一种无需设置顶部固定收放点的吊绳二维摆角测量装置，其编码器测量信号通过线缆连接至数据采集模块，可直接用于控制悬吊装置进行水平二维运动跟随补偿，实时保持吊绳的竖直方向性，该摆角测量装置具有小型化、模块化、适用于多吊点近距离使用等特点，可用于空间机构悬吊式重力补偿系统等装置中，作为机构展开运动跟随及重力补偿方向竖直性的控制量。