限定空間內(nèi)的六自由度擺臺運動參數(shù)被單目6D測量儀高效解算。

一、實驗背景

六自由度擺臺是計量與測試領(lǐng)域中用于運動模擬和姿態(tài)驗證的核心裝備，可同時在三維空間內(nèi)下實現(xiàn)三個平移自由度（X、Y、Z）與三個轉(zhuǎn)動自由度（Roll、Pitch、Yaw）的復(fù)雜運動，精確復(fù)現(xiàn)物體在三維空間中的運動，應(yīng)用于航空航天、船舶海洋、車輛動力學(xué)、機器人等領(lǐng)域。

某計量測試機構(gòu)，采用中科君達(dá)視界自研的千眼狼單目6D測量儀，通過單目高速攝像機+平面靶標(biāo)實現(xiàn)6自由度全參數(shù)測量，探討六自由度平臺的新計量規(guī)范。

二、實驗設(shè)計

I.實驗?zāi)繕?biāo)：驗證單目6D測量儀全參數(shù)測量能力并對比與其他測量方式差異。

II.實驗對象：電動六自由度擺臺，位移精度0.7 mm，角度精度0.1°。

圖 電動六自由度平臺示意

III.實驗原理（單目6D）：單目高速攝像機拍攝安裝在測量平臺上的平面靶標(biāo)，利用已知靶標(biāo)角點的三維坐標(biāo)（Z=0）與其在圖像中的像素坐標(biāo)，結(jié)合棋盤格實時標(biāo)定的相機內(nèi)參，解算測量平臺在六個自由度上的位姿，進(jìn)一步解算獲得速度、加速度、角速度和角加速度。

IV.實驗方法：采用對比測量方案，即單目6D測量與雙目測量、激光+慣導(dǎo)法橫向?qū)Ρ取?/span>

V.實驗設(shè)備：千眼狼單目6D測量儀，由一臺高分辨率高速攝像機2560×2016@2000fps、6Dof測量軟件、平面合作靶標(biāo)組成；其他測量方法相關(guān)設(shè)備。

圖 單目6D測量儀示意

三、實驗步驟

I.靶標(biāo)安裝：將定制靶標(biāo)固定于動平臺上，通過游標(biāo)卡尺測量保證靶標(biāo)坐標(biāo)系與平臺坐標(biāo)系平行。

圖 六自由度平臺坐標(biāo)系

II.設(shè)備架設(shè)：單臺高速攝像機置于六自由度平臺正前方，視場覆蓋靶標(biāo)區(qū)域。

III.實時標(biāo)定：利用棋盤格完成單臺高速攝像機畸變標(biāo)定。

IV.坐標(biāo)系對齊：調(diào)整軟件坐標(biāo)系，使測量坐標(biāo)與平臺控制坐標(biāo)對齊。

V.實時測量與回放分析：≤5 Hz低頻運動下，單目測量儀可以50 fps+實時輸出6D參數(shù)，同時支持高幀率錄像后回放測量模式。

圖 單目6D測量儀實時測量示意

四、實驗數(shù)據(jù)

千眼狼單目6D測量儀完整實時輸出了六自由度平臺低頻運動下運動測量的全部參數(shù)，并通過現(xiàn)場激光數(shù)據(jù)（位移）、慣導(dǎo)數(shù)據(jù)（加速度）校驗，符合六自由度平臺校準(zhǔn)規(guī)范要求。

圖 單目6D測量數(shù)據(jù)

五、實驗結(jié)論

本次實驗系統(tǒng)驗證了單目6D測量儀在六自由度平臺運動測量中的方案可行性和技術(shù)優(yōu)勢，主要優(yōu)勢包括：

1）分鐘級快速部署與場地友好：單設(shè)備、單人操作，10分鐘即可完成，布站相較于雙目測量不易受場地限制。

2）50 fps+實時測量：支持低頻運動下全過程可視化測量，用戶可實時根據(jù)數(shù)據(jù)趨勢調(diào)整當(dāng)前試驗，避免了后處理帶來的問題。

3）18項參數(shù)全輸出：支持位移、角度、速度及其導(dǎo)數(shù)完整動力學(xué)數(shù)據(jù)鏈測量。

4）40%+成本降低：較雙目測量成本預(yù)期降低40%以上，且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)成本低。

5）亞毫米級測量精度：最優(yōu)可實現(xiàn)0.2 mm測量精度，≤0.2°姿態(tài)精度。

綜上，千眼狼單目6D測量儀適用于計量級六自由度測試，具備取代傳統(tǒng)雙目測量方案、激光/慣導(dǎo)方案的能力，同時具備在科研機構(gòu)如船舶工程、建筑抗震、飛行器控制等研究場景中規(guī)?；瘧?yīng)用的潛力。

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