限定空間內(nèi)的六自由度擺臺(tái)運(yùn)動(dòng)參數(shù)被單目6D測(cè)量?jī)x高效解算。

***、實(shí)驗(yàn)背景

六自由度擺臺(tái)是計(jì)量與測(cè)試領(lǐng)域中用于運(yùn)動(dòng)模擬和姿態(tài)驗(yàn)證的核心裝備，可同時(shí)在三維空間內(nèi)下實(shí)現(xiàn)三個(gè)平移自由度（X、Y、Z）與三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度（Roll、Pitch、Yaw）的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，精確復(fù)現(xiàn)物體在三維空間中的運(yùn)動(dòng)，應(yīng)用于航空航天、船舶海洋、車輛動(dòng)力學(xué)、機(jī)器人等領(lǐng)域。

某計(jì)量測(cè)試機(jī)構(gòu)，采用中科君達(dá)視界自研的千眼狼單目6D測(cè)量?jī)x，通過(guò)單目高速攝像機(jī)+平面靶標(biāo)實(shí)現(xiàn)6自由度全參數(shù)測(cè)量，探討六自由度平臺(tái)的新計(jì)量規(guī)范。

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

I.實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)：驗(yàn)證單目6D測(cè)量?jī)x全參數(shù)測(cè)量能力并對(duì)比與其他測(cè)量方式差異。

II.實(shí)驗(yàn)對(duì)象：電動(dòng)六自由度擺臺(tái)，位移精度0.7 mm，角度精度0.1°。

圖 電動(dòng)六自由度平臺(tái)示意

III.實(shí)驗(yàn)原理（單目6D）：?jiǎn)文扛咚贁z像機(jī)拍攝安裝在測(cè)量平臺(tái)上的平面靶標(biāo)，利用已知靶標(biāo)角點(diǎn)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(shí)時(shí)標(biāo)定的相機(jī)內(nèi)參，解算測(cè)量平臺(tái)在六個(gè)自由度上的位姿，進(jìn)***步解算獲得速度、加速度、角速度和角加速度。

IV.實(shí)驗(yàn)方法：采用對(duì)比測(cè)量方案，即單目6D測(cè)量與雙目測(cè)量、激光+慣導(dǎo)法橫向?qū)Ρ取?/span>

V.實(shí)驗(yàn)設(shè)備：千眼狼單目6D測(cè)量?jī)x，由***臺(tái)高分辨率高速攝像機(jī)2560×2016@2000fps、6Dof測(cè)量軟件、平面合作靶標(biāo)組成；其他測(cè)量方法相關(guān)設(shè)備。

圖 單目6D測(cè)量?jī)x示意

三、實(shí)驗(yàn)步驟

I.靶標(biāo)安裝：將定制靶標(biāo)固定于動(dòng)平臺(tái)上，通過(guò)游標(biāo)卡尺測(cè)量保證靶標(biāo)坐標(biāo)系與平臺(tái)坐標(biāo)系平行。

圖 六自由度平臺(tái)坐標(biāo)系

II.設(shè)備架設(shè)：?jiǎn)闻_(tái)高速攝像機(jī)置于六自由度平臺(tái)正前方，視場(chǎng)覆蓋靶標(biāo)區(qū)域。

III.實(shí)時(shí)標(biāo)定：利用棋盤格完成單臺(tái)高速攝像機(jī)畸變標(biāo)定。

IV.坐標(biāo)系對(duì)齊：調(diào)整軟件坐標(biāo)系，使測(cè)量坐標(biāo)與平臺(tái)控制坐標(biāo)對(duì)齊。

V.實(shí)時(shí)測(cè)量與回放分析：≤5 Hz低頻運(yùn)動(dòng)下，單目測(cè)量?jī)x可以50 fps+實(shí)時(shí)輸出6D參數(shù)，同時(shí)支持高幀率錄像后回放測(cè)量模式。

圖 單目6D測(cè)量?jī)x實(shí)時(shí)測(cè)量示意

四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

千眼狼單目6D測(cè)量?jī)x完整實(shí)時(shí)輸出了六自由度平臺(tái)低頻運(yùn)動(dòng)下運(yùn)動(dòng)測(cè)量的全部參數(shù)，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)激光數(shù)據(jù)（位移）、慣導(dǎo)數(shù)據(jù)（加速度）校驗(yàn)，符合六自由度平臺(tái)校準(zhǔn)規(guī)范要求。

圖 單目6D測(cè)量數(shù)據(jù)

五、實(shí)驗(yàn)結(jié)論

本次實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)驗(yàn)證了單目6D測(cè)量?jī)x在六自由度平臺(tái)運(yùn)動(dòng)測(cè)量中的方案可行性和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，主要優(yōu)勢(shì)包括：

1）分鐘***快速部署與場(chǎng)地友好：?jiǎn)卧O(shè)備、單人操作，10分鐘即可完成，布站相較于雙目測(cè)量不易受場(chǎng)地限制。

2）50 fps+實(shí)時(shí)測(cè)量：支持低頻運(yùn)動(dòng)下全過(guò)程可視化測(cè)量，用戶可實(shí)時(shí)根據(jù)數(shù)據(jù)趨勢(shì)調(diào)整當(dāng)前試驗(yàn)，避免了后處理帶來(lái)的問(wèn)題。

3）18項(xiàng)參數(shù)全輸出：支持位移、角度、速度及其導(dǎo)數(shù)完整動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)鏈測(cè)量。

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

5）亞毫米***測(cè)量精度：***優(yōu)可實(shí)現(xiàn)0.2 mm測(cè)量精度，≤0.2°姿態(tài)精度。

綜上，千眼狼單目6D測(cè)量?jī)x適用于計(jì)量***六自由度測(cè)試，具備取代傳統(tǒng)雙目測(cè)量方案、激光/慣導(dǎo)方案的能力，同時(shí)具備在科研機(jī)構(gòu)如船舶工程、建筑抗震、飛行器控制等研究場(chǎng)景中規(guī)模化應(yīng)用的潛力。

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