CN101825461B - 基于圆柱形模型的平台调平装置 - Google Patents

Abstract

一种基于圆柱形模型的平台调平装置，包括全方位倾斜传感器外壳、LED照明光源、透明圆锥体容器、不透光液体、摄像头、嵌入式***、电源和指南针，平台、平台支撑脚位置伺服控制动作单元和平台支撑脚位置伺服控制驱动单元，透明圆锥体容器是由两个同样大小的圆锥体以背靠背的方式结合成一个封闭容器，容器中注入了容器体积的二分之一不透光液体；对摄像头以正面体拍摄透明圆锥体容器的透光部分进行分析、判断和计算，得到被测平台的倾斜角度和倾斜方位角等测量参数，通过测量参数根据不同的调平策略对非正规排列的多支撑脚平台进行水平自动调整；本发明可操作性好、测量精度高、稳定性好、适用性强、制造成本低、实时性和安全可靠性强。

Description

基于圆柱形模型的平台调平装置

技术领域

本发明涉及一种平台水平自动调整方法，属于物理学、数字图像处理技术、LED技术、嵌入式技术、网络通信技术、水平面可视化技术、计算机控制技术和机械设计技术在各种平台的水平控制方面的应用，主要适用于地球物理测量、地壳运动监控、油井/气井监测、大坝监控、重型摊铺机械、船身调整、偏差控制、连铸技术、武器平台调整等领域。

背景技术

随着现代工业特别是军工行业的发展，需要调平的平台对象越来越多，范围也越来越广，对调平的可靠性、快速性和精确性要求越来越高。

一般来说，水平自动调整平台主要由以下三个组成部分构成：1)检测平台的水平度的全方位倾角传感器；2)用于控制平台水平度的控制硬件和软件***；3)用于快速准确执行调平动作的伺服***；因此任何一种性能优良的平台自动调平***必须具备以下几个功能指标：1)精确性：***的精确性程度主要取决于倾角传感器的分辨率；2)稳定性：为了适应现代武器装备高机动性和快速反应能力的需求，要求平台有更高的稳定性；3)快速性：倾角传感器的响应速度显著提高和先进的调平控制算法；4)可操作性：在自动调平***中设计有人机交互显示面板，通过其图形界面显示***的状态及各种实时参数，并根据工作需要对***进行参数设置。面板设置有多个功能键，可根据需要自由定义，实现了调平***的各种操作，同时设置有手动/自动操作的切换开关，可以在自动调平***出现故障或其他特殊情况下，由人工来完成调平工作。

在水平倾斜检测方面，目前测量两个方向上的水平倾角最常用的手段是采用双轴倾角传感器，其工作原理是利用加速度传感器倾斜后的角度与重力加速度成函数关系的原理来测量倾角的。加速度传感器是建造在硅晶片顶部的表面MEMS多硅结构。多晶硅簧片悬浮在晶片表面的结构，并提供一个克服加速度感应力的阻力。用包含两个独立的固定板和一个与运动质块相连的中央板形成的差动电容器机构来测量比例于加速度的多硅结构的偏转，从而产生电压输出信号。这种检测水平倾角的方式虽然有很多优点，但是也存在着以下几个方面的问题：1)输出不直观，不能直接输出倾斜的方位角和倾斜角等重要测量数据；2)制造工艺复杂，成本高；3)输出的信息只能为偏离双轴的角度信息，要进行平台的水平动态调整受到限制；4)属于间接测量，同时检测过程中环节多，相对容易产生检测误差和故障；5)只能通过计算得到相对倾斜方位角，难以得到绝对倾斜方位角。

在平台的动作支撑方面，目前对于要求能够升降运动并能够进行水平调节的***多采用三点支撑、四点支撑和六点支撑，结构特点大多采用支杆与平台垂直的形式。三点支撑的好处是可以保证外力的作用中心靠近支撑杆的支撑中心，支撑相对稳定。而对于承载体大身重的物体的平台，为了提高平台的刚度需要采取四点支撑或六点支撑，对于四点支撑会出现一定超静定问题，而对于六点支撑则静不定次数相应提高了三次。对于承载更大载荷的平台跨度较大，在工程中多采用六点支撑方式，平台调平问题也较为复杂。对于平台调平问题一般必须借助于水平传感器检测倾斜角和倾斜方位角。

在平台调平的控制策略方面，目前四点支撑的平台调平问题在工程实际中有多种方法。一种方法是将四条调平支腿解耦为两个方向，在两个方向上分别布置水平仪，检测水平度，通过两个方向的调平实现平台调平。即在一个方向调平平台，然后锁定次方向的水平度，再调平另外一个方向，这是一种基于三点调平的调平方法；另外一种方法是通过建立平台调节控制的数学模型，同时调节四条支腿，实现对平台的水平调整。一般来说，同时调节四条支腿的方式具有较好的动态响应能力。

在平台调平的动作驱动方式方面，随着计算机技术和控制技术的发展，目前应用微机控制已经非常普遍，一般使用单片机或PLC作为控制中心，以液压元件或机电元件作为执行机构，四点、六点支承的电液调平***，比如用在导弹发射车平台的调平***和车载雷达的调平***，都是用微机(单片机或PLC)来控制整个电液***；而静力压桩机一般都是四点支承，其工作平台重达上百吨，调平***采用电液伺服控制、机电伺服控制或电液比例控制。近年来，高科技激光武器的出现，要求车载平台有更高的调平精度和稳定性，采用电液伺服***已经不能满足***精度的要求，随之出现了用机电伺服***来代替电液***。特别是计算机技术、传感器技术和永磁同步交流伺服电动机传动技术的发展，使高精度、高稳定性的调平***得以实现，目前位置伺服控制的精度已经能达到毫米级甚至更高级。

任何***的调平可以简化为对某一平台平面的调平。根据“三点或两条相交直线确定一个平面”，平台调平的实质是将平台上两条相交直线调成水平。而根据理论分析，平台上的两条直线只有相互垂直时，它们在各自的调平中才没有耦合。为此，在平台的X、Y两相互垂直的方向上各有一个倾角传感器(实际上是用一个两轴倾角传感器)来测量两个方向上的水平倾角。无论何种调平方法，都是通过倾角传感器采集的信号，以各自的调平方法计算控制量，再通过伺服***来驱动支腿的上升或下降来达到调平的目的。

目前在平台调平方面仍然存在着缺乏各支撑脚的精确控制数学模型，尤其对于非正规排列的多支撑脚平台调平情况下，使得三支撑脚以上的平台调平上存在着“虚脚”现象；所谓的“虚脚”现象最根本的原因是各支撑点不在一个平面上，目前很多技术尝试通过检测各支撑点的受力情况来检测是否有“虚脚”现象，比如通过力传感器或者压力传感器检测支撑点的受力情况；对于三支撑脚以上的平台，如四支撑脚、六支撑脚、八支撑脚或者任意多支撑脚，希望用一种平台调平方法能准确的计算出平台调平前后各支撑脚各自的位移偏差并在平台调平过程中各支撑脚各自的移动速度，使得平台调平过程中各支撑脚能均匀受力并按平台调平控制方法迅速完成调平任务。

发明内容

为了克服已有的自动调平***制造成本高、机构比较复杂、可视性和可维护性差、使用环境要求高、测量参数单一等的不足，本发明提供一种可操作性好、测量精度高、稳定性好、适用性强、制造成本低、实时性和安全可靠性强的基于圆柱形模型的平台调平装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于圆柱形模型的平台调平装置，包括全方位倾斜传感器外壳、LED照明光源、透明圆锥体容器、不透光液体、摄像头、微处理器、电源、指南针、平台、平台支撑脚位置伺服控制动作单元和平台支撑脚位置伺服控制驱动单元，所述的电源与所述的照明光源和所述的微处理器连接，所述的微处理器与所述的摄像头连接，所述的透明圆锥体容器是由两个同样大小的圆锥体以背靠背的方式结合成一个封闭容器；所述的全方位倾斜传感器外壳中部固定着所述的透明圆锥体容器，上部固定着所述的LED照明光源，下部固定着所述的摄像头；所述的LED照明光源朝下正对着所述的透明圆锥体容器中心发出白色光，所述的摄像头朝上所述的透明圆锥体容器中心感应透过透明圆锥体容器后的透射光，所述的摄像头通过USB接口从所述的摄像头中读取图像数据，全方位倾斜传感器固定在所述的平台上，所述的平台由所述的平台支撑脚位置伺服控制动作单元支撑，所述的平台支撑脚位置伺服控制驱动单元控制所述的平台支撑脚位置伺服控制动作单元上下移动，所述的微处理器发出移动控制信号给所述的平台支撑脚位置伺服控制驱动单元；

所述的全方位倾斜传感器外壳呈圆柱型，圆柱型的两个平面，其中一个平面内侧固定着LED光源，平面外侧固定着指南针；在另一个平面上固定着摄像头，且方向都向内；圆柱型的中部固定着透明圆锥体容器；全方位倾斜传感器外壳采用不透光的材料，圆柱型的内壁采用吸光性的材料；圆柱型的外壁上标有一条与圆柱型的轴线相平行的直线，将该直线作为方位角的始点；使用全方位倾斜传感器时需要转动全方位倾斜传感器将指南针的指北的方向与该直线重合；

所述的不透光液体注入到所述的透明圆锥体容器中，在所述的透明圆锥体容器中的所述的不透光液体的状态将决定全方位水平检测的水平倾斜角和倾斜方位角；当全方位倾斜传感器处于水平状态时，所述的照明光源由于受到在所述的透明圆锥体容器中的所述的不透光液体遮光作用，所述的摄像头无法接收到从所述的照明光源发出的并经所述的透明圆锥体容器透射光；当全方位倾斜传感器处于倾斜状态时，所述的不透光液体在所述的透明圆锥体容器中发生流动维持水平状态，这时在所述的照明光源和所述的摄像头之间的所述的透明圆锥体容器有一部分区域处于非遮挡状态，所述的摄像头接收到从所述的照明光源发出的并经所述的透明圆锥体容器部分透射光；

所述微处理器包括：平台水平控制单元，用于控制平台的水平度，主要包括平台支撑脚位置误差计算模块和平台支撑脚位置伺服控制模块；

所述的平台支撑脚位置误差计算模块，用于计算要将平台对准以及调整到水平位置状态下平台各支撑点的移动距离，包括调平前的准备子模块和平台调平控制子模块；根据不同需求，采用圆柱体“最高点”调平算法、圆柱体“最低点”调平算法、圆柱体“中间点”调平算法和“基准点”调平算法；

考虑到平台各支撑点并非规则排列，为了保证各支撑点在平台调平过程中能均匀受力且按照平台调平控制方法迅速完成调平任务；根据平台调平后的位置高度，用公式(6)计算各支撑点需要移动的距离位置，

$z_x=\left\{\begin{array}{c}{R}_x\&times;\sin \mathrm{\&theta;}\&times;[\cos \left(\frac{{\mathrm{\&beta;}}_x}{R}\right)+1]+(z_c-z_o-\mathrm{\&Delta;})\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\mathrm{\&delta;}>1\\ R_x\&times;\sin \mathrm{\&theta;}\&times;[\cos \left(\frac{{\mathrm{\&beta;}}_x}{R}\right)+\mathrm{\&delta;}]\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left|\mathrm{\&delta;}\right|\&le;1\\ R_x\&times;\sin \mathrm{\&theta;}\&times;[\cos \left(\frac{{\mathrm{\&beta;}}_x}{R}\right)-1]-(z_c-z_o+\mathrm{\&Delta;})\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\mathrm{\&delta;}<-1\end{array}\right.---\left(6\right)$

δ＝(z_c-z_o)/R×sinθ₀

Δ＝2R×sinθ₀

式中，z_x表示某一支撑点实现某种调平所需要移动的垂直距离，R_x表示某一支撑点与圆柱体模型中心轴的距离，θ表示平台的倾斜角，β_x表示某一支撑点的计算倾斜方位角，它是X轴与某一支撑点和圆柱体模型中心轴连线的夹角β_xc和测量倾斜方位角β_c的差，即β_x＝β_xc-β_c，β_x∈[0，2πR]逆时针方向，z_o表示平台调平前中间点在Z轴上的位置，z_c表示平台调平后中间点在Z轴上的位置，R表示圆柱体模型的半径，Δ表示在圆柱体模型中倾斜平台最高点与最低点投影在Z轴上的距离，θ₀表示平台在调平前的倾斜角，δ表示平台的调平范围比，|δ|≤1表示调平范围在圆柱体模型中倾斜平台最高点与最低点投影范围内，δ＜-1表示调平位置高于圆柱体模型中倾斜平台的最高点在Z轴上的投影点，δ＞1表示调平位置低于圆柱体模型中倾斜平台的最低点在Z轴上的投影点；公式(6)中平台的倾斜角θ和支撑点的计算倾斜方位角β_x的信息是从全方位倾斜传感器的检测结果中获得的；

对公式(6)求导可以得到平台各支撑点的移动速度，用公式(7)表示，

$\frac{{\&PartialD;z}_x}{\&PartialD;t}=R_x\&times;\cos \mathrm{\&theta;}\&times;[\cos \left(\frac{{\mathrm{\&beta;}}_x}{R}\right)+1]\frac{\&PartialD;\mathrm{\&theta;}}{\&PartialD;t}+\frac{\&PartialD;z_c}{\&PartialD;t}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\mathrm{\&delta;}>1$

dz_x/dt＝R_x×cosθ×[cos(β_x/R)+δ]dθ/dt……………|δ|≤1     (7)

$\frac{{\&PartialD;z}_x}{\&PartialD;t}=R_x\&times;\cos \mathrm{\&theta;}\&times;[\cos \left(\frac{{\mathrm{\&beta;}}_x}{R}\right)-1]\frac{\&PartialD;\mathrm{\&theta;}}{\&PartialD;t}-\frac{\&PartialD;z_c}{\&PartialD;t}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\mathrm{\&delta;}<-1$

从公式(6)和公式(7)得到如下3种对准调平方案：方案1)单一调平方案，当调平后的位置在圆柱体模型中倾斜平台的最高点和最低点之间，包括最高点和最低点，即满足|δ|≤1条件时，可以一步实现平台对准调平到位，每个支撑点的调平速度必须满足R_x×cosθ×[cos(β_x/R)+δ]dθ/dt，其中dθ/dt为调平速度，调平速度曲线为柔性运动控制曲线；当调平后的位置超出圆柱体模型中倾斜平台的最高点或者最低点时，即当δ＞1或者δ＜-1时，对准调平需要分调平和对准这两个不同过程完成，实现方案可以是先调平后对准也可以是先对准后调平；方案2)先调平后对准的方案，具体做法是，首先向着圆柱体模型中倾斜平台的最高点或者最低点方向完成调平，当δ＞1时，向圆柱体模型中倾斜平台的最高点进行调平，每个支撑点的调平速度必须满足

其中

为调平速度，调平速度曲线为柔性运动控制曲线；当δ＜-1时，向圆柱体模型中倾斜平台的最低点进行调平，每个支撑点的调平速度必须满足

其中

为调平速度，调平速度曲线为柔性运动控制曲线；接着当调平动作结束后，所有支撑点以相同的速度

进行平移动作，其中为平移速度，平移速度曲线为柔性运动控制曲线，直到平台平面移动到所设定的高度；方案3)先对准后调平的方案，具体做法是，首先所有支撑点以相同的速度

进行平移动作，其中

为平移速度，平移速度曲线为柔性运动控制曲线，当δ＞1时每个支撑点向上移动(z_c-z_o-Δ)距离，当δ＜-1时每个支撑点向下移动(z_c-z_o+Δ)距离；当对准动作结束后，当δ＜-1时，向倾斜平台的最高点进行调平，每个支撑点的调平速度必须满足

其中

为调平速度，调平速度曲线为柔性运动控制曲线；当δ＞1时，向倾斜平台的最低点进行调平，每个支撑点的调平速度必须满足

其中

为调平速度，调平速度曲线为柔性运动控制曲线。

作为优选的一种方案：所述的不透光液体，根据动态检测需求选择不透光液体的粘度，对于在垂直方向存在作用力的情况，采用粘度系数高的不透光液体；对于高动态检测水平状态情况，采用粘度系数低的不透光液体；对不透光液体，选择能很好吸收光的、没有腐蚀性、对温度不敏感、满足粘度范围的液体能作为不透光液体。

进一步，所述的微处理器还包括；

图像获取单元，用于读取从摄像头来的视频数据，主要包括***初始化模块和图像读取模块；

***初始化模块，用于读取存储在所述的***数据存储单元中的一些***数据，如透明圆锥体容器的半径R、透明圆锥体容器的圆锥角α、初始方位角β0、摄像头的分辨率、倾斜角θ与透光部分的宽度值δ的计算表等数据；初始方位角β0的确定是根据圆柱型的外壁上的直线与所获得的视频图像的X轴方向之间的夹角；

图像读取模块，用于读取从摄像头来的视频数据，并将其保存在动态存储单元内；

倾斜角与倾斜方位角检测单元，用于检测和计算被测物体的倾斜角θ与倾斜方位角β，主要包括倾斜方位角β检测模块、倾斜角θ检测模块和倾斜角θ和倾斜方位角β变化率计算模块；

倾斜方位角β检测模块，用于检测被测物体的倾斜方位；本发明中倾斜方位角的定义是从正北方向开始以顺时针方向用β角度值进行表示，在图像平面上的检测倾斜方位角是从X轴开始以顺时针方向用βc角度值进行表示，如图3所示；因此在倾斜方位角β与检测倾斜方位角βc之间存在着以下关系，如式(1)所示，

β＝βc+β0                                           (1)

式中：β为倾斜方位角，βc为检测倾斜方位角，β0为初始方位角；

初始方位角β0在全方位倾斜传感器出厂检测时根据圆柱型的外壁上的直线与所获得的视频图像的X轴方向之间的夹角来确定，并写入到***数据存储单元中；

检测倾斜方位角βc是依据所获得图像中的透射光部分的几何形状来计算确定的，检测倾斜方位角是从X轴开始以顺时针方向用βc角度值进行表示；在被测物体发生倾斜状态时在透明圆锥体容器中的不透光液体在图像平面上的形状为半个园与半个椭圆的组合，椭圆的长轴等于园的半径，倾斜角与椭圆的短轴成函数关系，成像平面上的椭圆的短轴数据越小表明倾斜角度越大，而倾斜方位角则发生在椭圆短轴的正方向；这时在成像平面上将会出现月牙型的感光区域，椭圆短轴的角度位置必定会出现月牙型的中部，从成像图像上计算椭圆短轴的角度位置的计算方法如公式(2)所示，即从X轴开始以顺时针方向进行检索，具体算法如下：

步骤1：从X轴方向上引一条直线以图像的圆心为中心为直线顺时针旋转方向检索，如果在X轴方向上没有光亮像素的话，就从X轴开始以图像的圆心为中心为直线顺时针旋转方向检索，反之跳转到步骤3，如果旋转直线遇到的圆形外圈的像素是光亮像素，就确定为该旋转直线与X轴方向的夹角为β1；

步骤2：接着用旋转直线继续以图像的圆心为中心为直线顺时针旋转方向检索，如果旋转直线遇到的圆形外圈的像素是非光亮像素，前一个光亮像素的旋转直线与X轴方向的夹角为β2；然后跳转到步骤5，

步骤3：接着用旋转直线继续以图像的圆心为中心为直线顺时针旋转方向检索，如果旋转直线遇到的圆形外圈的像素是非光亮像素，前一个光亮像素的旋转直线与X轴方向的夹角为β2；

步骤4：接着用旋转直线继续以图像的圆心为中心为直线逆时针旋转方向检索，如果旋转直线遇到的圆形外圈的像素是非光亮像素，前一个光亮像素的旋转直线与X轴方向的夹角为β1；

步骤5：通过公式(2)计算椭圆短轴的角度βc，

βc＝(β1+β2)/2                                    (2)

而检测倾斜方位角βc必定出现在椭圆短轴的方向；

倾斜角θ检测模块，用于检测被测物体的倾斜角；如图2和图5所示，倾斜角θ可以通过公式(3)计算得到，

θ＝ctg^-1[(R/δ-1)×ctg(α)]                        (3)

上式中，R为透明圆锥体容器的半径，α为透明圆锥体容器的圆锥角，δ为透光的月牙型的中部的宽度值，θ为倾斜角；

所述的倾斜角θ检测模块，用于检测被测物体的倾斜角；倾斜角θ可以通过公式(4)计算得到

θ＝ctg^-1[(R/δ-1)×ctg(α)]                        (4)

上式中，R为透明圆锥体容器的半径，α为透明圆锥体容器的圆锥角，δ为透光的月牙型的中部的宽度值，θ为倾斜角；

这里，透明圆锥体容器的半径R和透明圆锥体容器的圆锥角α从存储在***数据存储单元中的***数据中得到的，透光的月牙型的中部的宽度值δ是通过对图像的分析算法得到的，即通过成像图形中心点为放射线进行顺时针扫描，获得在轴心线方向上的最大透光值，具体算法如下：

根据公式(2)所得到的椭圆短轴的角度βc和图像的圆心为中心为直线穿越透光的月牙型，计算其透光的像素值；如果摄像头的分辨率为640×480、透明圆锥体容器的半径R为200mm、每个像素代表0.83mm，如果计算得到的透光像素值为5个像素，那么透光的月牙型的中部的宽度值δ为4.15mm；

倾斜角θ的分辨率与透明圆锥体容器的半径R和透明圆锥体容器的圆锥角α相关，根据公式(4)透明圆锥体容器的半径R越大倾斜角θ的分辨率越高，透明圆锥体容器的圆锥角α与倾斜角θ的分辨率成函数关系；一般来说，透明圆锥体容器的半径R是由摄像头的视觉范围确定，透明圆锥体容器的半径R为200mm，在成像平面上占240个像素；透明圆锥体容器的圆锥角α要根据实际水平测量范围来选择，对于小的倾斜角θ具有较高的分辨率；根据实际检测精度的需要选择或者设计透明圆锥体容器的圆锥角α；

再进一步，所述的微处理器还包括：调平前的准备子模块，用于预先设置平台支撑点的结构参数、调平的策略和支撑点移动速度的模式，具体步骤如下；

在公式(6)和公式(7)中都使用到了某一支撑点与圆柱体模型中心轴的距离R_x、X轴与某一支撑点和圆柱体模型中心轴的连线的夹角β_xc这两组平台支撑点的结构参数，这两组参数必须平台调平使用前预置好；为了不失一般性，本发明中采用6支撑点平台来说明通过计算获得两组6支撑点的结构参数的方法；

步骤1)确定平台的中心点：这里首先要确定平台的中心点O、约定支撑点的命名方式，确定平台的中心点O点在矩形平面的中心；

步骤2)命名各支撑点：以顺时针方向依次约定6个支撑点A、B、C、D、E、F；

步骤3)建立坐标系：定义O点与A点的连线为X轴方向；

步骤4)建立圆柱体模型：主要完成两个任务，第一是计算O点与6个支撑点A、B、C、D、E、F之间的长度，得到支撑点与圆柱体模型中心轴的距离R_x，通过矩形边的宽度W和高度H以及勾股定理计算得到各支撑点与圆柱体模型中心轴的距离R_x，将最短的距离R_x作为圆柱体模型的半径R；

第二是得到各支撑点的方位信息；需要计算X轴与各支撑点和圆柱体模型中心轴连线的夹角β_xc，β_xc角与各支撑点位置分布有关，同时也与全方位倾斜传感器的坐标系和平台的坐标系相关，在全方位倾斜传感器的坐标系中定义了Xs表示全方位倾斜传感器的X轴；在平台的坐标系中定义了X表示平台的X轴，因此只要两个X轴线完全吻合且均以顺时针方向计算倾斜方位角，则平台的测量倾斜方位角就与全方位倾斜传感器的测量倾斜方位角完全一致，这样就在平台水平的传感检测和控制上建立了统一的参照系；

进一步，以平台中心O点与支撑点A点的连线为X轴方向，从顺时针方向计算各支撑点与X轴的夹角β_xc，各支撑点与X轴的夹角β_xc计算如公式(9)所示，

用表1来归纳各支撑点与圆柱体模型中心轴的距离R_x、X轴与各支撑点和圆柱体模型中心轴的连线的夹角β_xc这两组平台支撑点的结构参数计算结果；这些结构参数最终存放在***基本数据存储单元内；

β_A1c＝0

β_B1c＝2×tan^-1(H/W)

β_C1c＝2×tan^-1(H/W)+tan^-1(W/H)

β_D1c＝2×tan^-1(H/W)+2×tan^-1(W/H)                           (9)

β_E1c＝4×tan^-1(H/W)+2×tan^-1(W/H)

β_F1c＝4×tan^-1(H/W)+3×tan^-1(W/H)

表1平台支撑点的结构参数

表1

步骤5)确定调平的策略：用户可以通过人机界面选择圆柱体“最高点”调平算法、圆柱体“最低点”调平算法、圆柱体“中间点”调平算法和“基准点”调平算法中的任何一种平台调平策略，其中如果用户选择了“基准点”调平算法，首先要求用户选择①先调平后对准②先对准后调平，缺省的选择为①先调平后对准，接着要求用户输入“基准点”的具体数据，作为平台的控制高度值z_c；另外还要求用户输入平台的调平精度值Pv，如Pv＝0.1°，平台初始高度值z_o，这些输入结果保存在***基本数据存储单元内；

步骤6)确定各支撑点移动速度的模式：为了使得平台在平移或调平过程中平稳、快速地调整到设定的水平位置，同时必须各支撑点能均匀受力，预置了各支撑点移动速度模式，属于一种正弦曲线；具体的参数需要与支撑点的位置伺服控制参数来确定，用户可以通过位置伺服控制生产厂商所提供的数据输入最大移动速度等技术参数，最终确定平台最大能力调平速度(dθ/dt)_ab和的控制曲线形式；为了便于数字控制，采用n等分(n为偶数)将这些控制曲线进行离散化，并将其以数表形式动态存放于***基本数据存储单元内的加、减速曲线库中，其中加速曲线数据存放在0～n/2数据单元中，减速曲线数据存放在n/2+1～n数据单元中；n的取值越大离散化后的速度控制曲线越接近于连续速度控制曲线，本发明中建议n的取值在200以上，并为偶数。

所述的平台的调平控制，用于将平台调平并对准到某一目标高度；

平台的调平控制是根据全方位倾斜传感器的测量结果，即平台倾斜角θ和测量倾斜方位角β_c，根据调平前的准备子模块中输入的数据和调平控制策略，以公式(6)为各支撑点的位置伺服控制目标，以公式(7)为各支撑点的位置伺服中的速度控制要求，以实现在平台的调平过程中各支撑点均匀受力协同快速完成平台的调平任务，调平控制的步骤如下：

步骤1：读取全方位倾斜传感器的平台倾斜角θ和测量倾斜方位角β_c，如果平台倾斜角θ大于Pv，就进入步骤2，否则继续重复步骤1；

步骤2：计算各支撑点的计算倾斜方位角R_x，读取表1中x轴与各支撑点和圆柱体模型中心轴连线的夹角β_xc，然后根据全方位倾斜传感器的测量倾斜方位角β_c，利用公式(8)计算各支撑点的计算倾斜方位角R_x，

${\mathrm{\&beta;}}_x=\left\{\begin{array}{c}2\mathrm{\&pi;}+({\mathrm{\&beta;}}_{\mathrm{xc}}-{\mathrm{\&beta;}}_c)\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\mathrm{if}({\mathrm{\&beta;}}_{\mathrm{xc}}-{\mathrm{\&beta;}}_c)<0\\ {\mathrm{\&beta;}}_{\mathrm{xc}}-{\mathrm{\&beta;}}_c\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\mathrm{if}0\&le;({\mathrm{\&beta;}}_{\mathrm{xc}}-{\mathrm{\&beta;}}_c)\&le;2\mathrm{\&pi;}\\ 2\mathrm{\&pi;}-({\mathrm{\&beta;}}_{\mathrm{xc}}-{\mathrm{\&beta;}}_c)\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\mathrm{if}({\mathrm{\&beta;}}_{\mathrm{xc}}-{\mathrm{\&beta;}}_c)>2\mathrm{\&pi;}\end{array}\right.---\left(8\right)$

步骤3：计算平台的调平范围比δ，如果用户在人机界面上选择了“基准点”调平算法，用公式(10)计算平台的调平范围比δ；

δ＝(z_o-z_c)/R×sinθ₀                            (10)

如果用户选择了“最高点”调平方案，δ＝1；如果用户选择了“最低点”调平方案，δ＝-1；如果用户选择了“中间点”调平方案，δ＝0；

步骤4：确定调平偏差和调平速率，首先利用公式(11)计算在圆柱体模型中倾斜平台最高点与最低点投影在Z轴上的距离Δ，

Δ＝2R×sinθ₀                                   (11)

接着，根据平台需要调平的倾斜角θ和平移的距离(z_c-z_o+Δ)以及存储在***基本数据存储单元内的加、减速曲线库中的被离散化的平台最大能力调平速度

的控制曲线生成实际控制调平速率

dθ/dt和对准速率

曲线，以下用dθ/dt的生成来说明算法的实现；

变量t从1～n/2循环，读取变量t所对应的(dθ/dt)_ab中的数据(dθ/dt)_ab(t)，然后用(15)计算累加值；

$\mathrm{\&Pi;}=\underset{1}{\overset{t}{\mathrm{\&Sigma;}}}{(\mathrm{d\&theta;}/\mathrm{dt})}_{\mathrm{ab}}\left(t\right)---\left(15\right)$

将t值和(dθ/dt)_ab(t)值依次保存在动态存储单元内；

接着判断∏≥θ/2，如果满足条件，变量t1从(n-t)～n循环，读取变量t1所对应的(dθ/dt)_ab中的数据(dθ/dt)_ab(t)，将变量t值递增，即t＝t+1，然后将t值和(dθ/dt)_ab(t)值依次保存在动态存储单元内，程序结束；

将变量t2＝0，用do…while语句进行循环控制，接着用公式(16)计算累加值和变量t2的值；

t2＝t2+1                                         (16)

$\mathrm{\&Pi;}=\underset{1}{\overset{n/2}{\mathrm{\&Sigma;}}}{(\mathrm{d\&theta;}/\mathrm{dt})}_{\mathrm{ab}}\left(t\right)+\underset{0}{\overset{t2}{\mathrm{\&Sigma;}}}{(\mathrm{d\&theta;}/\mathrm{dt})}_{\mathrm{ab}}(n/2)$

将(t+t2)值和(dθ/dt)_ab(n/2)值依次保存在动态存储单元内；

接着判断∏≥θ/2，如果满足条件，将t2值赋值给变量t3，用循环语句for从0～t3进行循环控制，

t2＝t2+1                                          (17)

将(t+t2)值和(dθ/dt)_ab(n/2)值依次保存在动态存储单元内；

变量t从(n+1)/2～n循环，读取变量t所对应的(dθ/dt)_ab中的数据(dθ/dt)_ab(t)，将(t+t2)值和(dθ/dt)_ab(n/2)值依次保存在动态存储单元内；

步骤5：计算各支撑点的位移和移动速度，如果用户在人机界面上选择了“基准点”调平算法，并且平台的调平范围比δ＞1时，采用公式(12)计算各支撑点的位移和移动速度；

z_x＝R_x×sinθ×[cos(β_x/R)+1]+(z_c-z_o-Δ)

$\frac{{\&PartialD;z}_x}{\&PartialD;t}=R_x\&times;\cos \mathrm{\&theta;}\&times;[\cos \left(\frac{{\mathrm{\&beta;}}_x}{R}\right)+1]\frac{\&PartialD;\mathrm{\&theta;}}{\&PartialD;t}+\frac{\&PartialD;z_c}{\&PartialD;t}---\left(12\right)$

如果用户在人机界面上选择了“基准点”调平算法，并且平台的调平范围比δ＜-1时，采用公式(13)计算各支撑点的位移和移动速度；

z_x＝R_x×sinθ×[cos(β_x/R)-1]-(z_c-z_o-Δ)                     (13)

$\frac{{\&PartialD;z}_x}{\&PartialD;t}=R_x\&times;\cos \mathrm{\&theta;}\&times;[\cos \left(\frac{{\mathrm{\&beta;}}_x}{R}\right)-1]\frac{\&PartialD;\mathrm{\&theta;}}{\&PartialD;t}-\frac{\&PartialD;z_c}{\&PartialD;t}$

如果用户在人机界面上选择了除了“基准点”以外的调平算法，采用公式(14)计算各支撑点的位移和移动速度；

z_x＝R_x×sinθ×[cos(β_x/R)+δ                                (14)。

dz_x/dt＝R_x×cosθ×[cos(β_x/R)+δ]dθ/dt

所述的微处理器还包括：平台支撑脚位置伺服控制模块，通过输出接口将在所述的平台支撑脚位置误差计算模块中所计算得到的各支撑点的位移量和位移速度等转换成相应的控制电信号并输入到平台支撑脚位置伺服控制驱动单元，平台支撑脚位置伺服控制驱动单元驱动平台支撑脚位置伺服控制动作单元完成相应的调平动作；位置伺服控制采用机电位置伺服来实现。

本发明的有益效果主要表现在：(1)分辨力高、检测范围广，实现了全方位的水平检测；(2)适应面广，测量精度和量程范围能定制；(3)在恶劣外部环境的影响下(如：高温、高湿、沙尘、雷电等)能长期可靠工作；(4)检测参数多，能同时测量倾斜角度、倾斜角速度、倾斜角加速度、倾斜方位角度、倾斜方位角速度、倾斜方位角加速度；(5)低功耗型；(6)具有远程访问能力，容易实现远程水平控制；(7)误差检定所需设备简单，现场检定操作简便易行；(8)人机界面友好，能将视频数据和检测数据同时显示在用户界面上，使得控制和检测结果更直观、确认故障更容易；(9)配备有多种调平方案，用户可以根据需求选择适合自己的调平控制策略；(10)能同时满足对三支撑点、四支撑点、六支撑点和八支撑点的平台调平控制。

附图说明

图1为基于圆柱形模型的平台调平装置的结构图。

图2为当被测物体发生倾斜时检测倾斜角度的示意图。

图3为检测倾斜方位角的示意图。

图4为不同圆锥角度构成的透明圆锥体容器示意图。

图5为计算倾斜角的示意图。

图6为基于圆柱形模型的平台调平装置的软件结构框图。

图7为初始方位角确认示意图。

图8为5°圆锥角情况下透光宽度与倾斜角的关系曲线。

图9为基于圆柱形模型的平台调平装置的人机用户界面。

图10为基于圆柱形模型的平台调平装置的嵌入式***构成框图。

图11为5°圆锥角情况下透光宽度与倾斜角的关系曲线。

图12为5°圆锥角情况下小倾斜角时透光宽度与倾斜角的关系曲线。

图13为基于圆柱形模型的平台调平方法的计算模型。

图14为在不同的倾斜角度情况下基于圆柱形模型的平台调平方法的调平控制曲线。

图15为4支撑点将平台调平到圆柱形模型的最低点的计算过程说明。

图16为6支撑点将平台调平到圆柱形模型的最低点的计算过程说明。

图17为计算6支撑点将平台调平到圆柱形模型最低点的需要移动距离位置的方法。

图18为平台最大能力调平速度

和(dθ/dt)_ab的控制曲线形式。

图19为根据平台最大能力调平速度和平台的调平偏差计算得到的调平速度

和dθ/dt的控制曲线形式。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

实施例1

参照图1～图18，一种基于圆柱形模型的平台调平方法，包括全方位倾斜传感器外壳1、LED照明光源2、透明圆锥体容器3、不透光液体4、摄像头5、嵌入式***6、电源7指南针8、平台9、平台支撑脚位置伺服控制动作单元10和平台支撑脚位置伺服控制驱动单元11，所述的电源7给所述的照明光源2和所述的嵌入式***6供电，所述的嵌入式***6通过USB接口给所述的摄像头5供电，所述的透明圆锥体容器3是由两个同样大小的圆锥体以背靠背的方式结合成一个封闭容器；所述的全方位倾斜传感器外壳1中部固定着所述的透明圆锥体容器3，上部固定着所述的LED照明光源2，下部固定着所述的摄像头5；所述的LED照明光源2朝下正对着所述的透明圆锥体容器3中心发出白色光，所述的摄像头5朝上所述的透明圆锥体容器3中心感应透过透明圆锥体容器3后的透射光，所述的摄像头5通过USB接口从所述的摄像头5中读取图像数据，全方位倾斜传感器固定在所述的平台9上，所述的平台9由所述的平台支撑脚位置伺服控制动作单元10支撑，所述的平台支撑脚位置伺服控制驱动单元11控制所述的平台支撑脚位置伺服控制动作单元10上下移动，所述的嵌入式***6发出移动控制信号给所述的平台支撑脚位置伺服控制驱动单元11；

所述的不透光液体4注入到所述的透明圆锥体容器3中，在所述的透明圆锥体容器中的所述的不透光液体的状态将决定全方位水平检测的水平倾斜角和倾斜方位角；当全方位倾斜传感器处于水平状态时，所述的照明光源2由于受到在所述的透明圆锥体容器3中的所述的不透光液体4遮光作用，所述的摄像头5无法接收到从所述的照明光源发出的并经所述的透明圆锥体容器3透射光，如附图1所示；当全方位倾斜传感器处于倾斜状态时，所述的不透光液体4在所述的透明圆锥体容器3中发生流动维持水平状态，这时在所述的照明光源2和所述的摄像头5之间的所述的透明圆锥体容器3有一部分区域处于非遮挡状态，如附图2所示，所述的摄像头5接收到从所述的照明光源发出的并经所述的透明圆锥体容器3部分透射光；所述的不透光液体，需要根据动态检测需求选择不透光液体的粘度，对于在垂直方向存在作用力的情况，就需要采用粘度系数高的不透光液体；对于高动态检测水平状态情况则希望采用粘度系数低的不透光液体；对不透光液体选择范围就更广，只要能很好吸收光的、没有腐蚀性、对温度不敏感、满足一定粘度范围的液体都能作为不透光液体；

所述的全方位倾斜传感器外壳，形状为圆柱型，圆柱型的两个平面，其中一个平面内侧固定着LED光源，平面外侧固定着指南针；在另一个平面上固定着摄像头，且方向都向内；圆柱型的中部固定着透明圆锥体容器；为了屏蔽外界光的干扰，全方位倾斜传感器外壳采用不透光的材料，圆柱型的内壁采用吸光性的材料，以避免在圆柱型内壁出现光的折射所产生的干扰光；圆柱型的外壁上标有一条与圆柱型的轴线相平行的直线，将该直线作为方位角的始点；使用全方位倾斜传感器时需要转动全方位倾斜传感器将指南针的指北的方向与该直线重合；

所述的嵌入式***，包括嵌入式硬件和嵌入式软件，所述的嵌入式软件包括***软件和用户软件，所述的用户软件包括图像获取单元、倾斜角与倾斜方位角检测单元、***数据存储单元、平台水平控制单元、检测数据存储单元和检测结果显示单元；

所述的图像获取单元，用于读取从摄像头来的视频数据，主要包括***初始化模块和图像读取模块；

所述的***初始化模块，用于读取存储在所述的***数据存储单元中的一些***数据，如透明圆锥体容器的半径R、透明圆锥体容器的圆锥角α、初始方位角β0、摄像头的分辨率、倾斜角θ与透光部分的宽度值δ的计算表等数据；初始方位角β0的确定是根据圆柱型的外壁上的直线与所获得的视频图像的X轴方向之间的夹角；

所述的图像读取模块，用于读取从摄像头来的视频数据，并将其保存在动态存储单元内；

所述的倾斜角与倾斜方位角检测单元，用于检测和计算被测物体的倾斜角θ与倾斜方位角β，主要包括倾斜方位角β检测模块、倾斜角θ检测模块和倾斜角θ和倾斜方位角β变化率计算模块；

所述的倾斜方位角β检测模块，用于检测被测物体的倾斜方位；本发明中倾斜方位角的定义是从正北方向开始以顺时针方向用β角度值进行表示，在图像平面上的检测倾斜方位角是从X轴开始以顺时针方向用βc角度值进行表示，如图3所示；因此在倾斜方位角β与检测倾斜方位角βc之间存在着以下关系，如式(1)所示，

β＝βc+β0                                         (1)

式中：β为倾斜方位角，βc为检测倾斜方位角，β0为初始方位角；

初始方位角β0在全方位倾斜传感器出厂检测时根据圆柱型的外壁上的直线与所获得的视频图像的X轴方向之间的夹角来确定，并写入到***数据存储单元中；

检测倾斜方位角βc是依据所获得图像中的透射光部分的几何形状来计算确定的，如图3所示，检测倾斜方位角是从X轴开始以顺时针方向用βc角度值进行表示；根据物理学的原理，在被测物体发生倾斜时，不透光液体在透明圆锥体容器中发生流动维持水平状态，由于透明圆锥体容器是由两个相同大小的圆锥体构成的，流出某一个圆锥体的不透光液体量必定等于流入另一个圆锥体的不透光液体量，且水平面必定通过透明圆锥体容器的中心点，如图2所示，换句话说，倾斜状态下的不透光液体量水平面是围绕着Y轴进行旋转的；从摄像头拍摄的角度来看，原来没有发生倾斜状态时在透明圆锥体容器中的不透光液体在图像平面上的形状为一个园，在发生倾斜状态时在透明圆锥体容器中的不透光液体在图像平面上的形状为半个园与半个椭圆，椭圆的长轴等于园的半径，倾斜角与椭圆的短轴成函数关系，成像平面上的椭圆的短轴数据越小表明倾斜角度越大，而倾斜方位角则发生在椭圆短轴的方向；这时在成像平面上将会出现月牙型的感光区域，椭圆短轴的角度位置必定会出现月牙型的中部，从成像图像上计算椭圆短轴的角度位置的计算方法如公式(2)所示，即从X轴开始以顺时针方向进行检索，具体算法如下：

步骤1：从X轴方向上引一条直线以图像的圆心为中心为直线顺时针旋转方向检索，如果在X轴方向上没有光亮像素的话，就从X轴开始以图像的圆心为中心为直线顺时针旋转方向检索，反之跳转到步骤3，如果旋转直线遇到的圆形外圈的像素是光亮像素，就确定为该旋转直线与X轴方向的夹角为β1；

步骤2：接着用旋转直线继续以图像的圆心为中心为直线顺时针旋转方向检索，如果旋转直线遇到的圆形外圈的像素是非光亮像素，前一个光亮像素的旋转直线与X轴方向的夹角为β2；然后跳转到步骤5，

步骤3：接着用旋转直线继续以图像的圆心为中心为直线顺时针旋转方向检索，如果旋转直线遇到的圆形外圈的像素是非光亮像素，前一个光亮像素的旋转直线与X轴方向的夹角为β2；

步骤4：接着用旋转直线继续以图像的圆心为中心为直线逆时针旋转方向检索，如果旋转直线遇到的圆形外圈的像素是非光亮像素，前一个光亮像素的旋转直线与X轴方向的夹角为β1；

步骤5：通过公式(2)计算椭圆短轴的角度βc，

βc＝(β1+β2)/2                                       (2)

而检测倾斜方位角βc必定出现在椭圆短轴的正方向；

所述的倾斜角θ检测模块，用于检测被测物体的倾斜角；如图2和图5所示，倾斜角θ可以通过公式(3)计算得到

θ＝ctg^-1[(R/δ-1)×ctg(α)]                           (3)

上式中，R为透明圆锥体容器的半径，α为透明圆锥体容器的圆锥角，δ为透光的月牙型的中部的宽度值，θ为倾斜角；

这里，透明圆锥体容器的半径R和透明圆锥体容器的圆锥角α从存储在***数据存储单元中的***数据中得到的，透光的月牙型的中部的宽度值δ是通过对图像的分析算法得到的，具体算法如下：

根据公式(2)所得到的椭圆短轴的角度βc和图像的圆心为中心为直线穿越透光的月牙型，计算其透光的像素值；如果摄像头的分辨率为640×480(pixel)、透明圆锥体容器的半径R为20mm，每个像素约为0.083mm，如果计算得到的透光像素值为5个像素，那么透光的月牙型的中部的宽度值δ为0.415mm；

倾斜角θ的分辨率与透明圆锥体容器的半径R和透明圆锥体容器的圆锥角α相关，根据公式(2)透明圆锥体容器的半径R越大倾斜角θ的分辨率越高，透明圆锥体容器的圆锥角α与倾斜角θ的分辨率成函数关系；一般来说，透明圆锥体容器的半径R是由摄像头的视觉范围确定，在本发明中透明圆锥体容器的半径R为200mm，在成像平面上占240个像素；透明圆锥体容器的圆锥角α要根据实际水平测量范围来选择，图8是在透明圆锥体容器的半径R为20mm、圆锥角α分别为5°情况下，透光月牙型的中部的宽度值δ和倾斜角θ的曲线图；从图8中可以发现，在圆锥角α＝5°的情况下，如图14所示，在0～100像素范围内，透光像素值与倾斜角之间基本上是成线性关系，对于小的倾斜角θ具有较高的分辨率，如果图像分辨率为640×480(pixel)的话，每个像素值能反映0.02°的倾斜角，也就是说，在圆锥角α＝5°的情况下***的最小分辨率为0.02°，如图15所示，这样的设计能满足高精度的平台水平控制要求；

所述的倾斜角θ和倾斜方位角β变化率计算模块，用于计算倾斜角速度、倾斜角加速度、倾斜方位角速度和倾斜方位角加速度；本发明计算倾斜角θ和倾斜方位角β是建立在对图像的分析和处理的基础上的，摄像头获取图像是一个离散化的过程，比如每秒获取25帧图像，而嵌入式***处理图像也需要一定的时间，综合这些因素，在本发明中采用每秒采集处理10帧图像，因此两帧图像处理间隔为Δt＝1/6秒，用公式(4)来计算倾斜角速度和倾斜方位角速度，

Δθ(t)＝(θ(t)-θ(t-1))/Δt                          (4)

Δβ(t)＝(β(t)-β(t-1))/Δt

式中，θ(t)为t帧时的倾斜角度，θ(t-1)为t-1帧时的倾斜角度，β(t)为t帧时的倾斜方位角度，β(t-1)为t-1帧时的倾斜方位角度，Δθ(t)为t帧时的倾斜角速度，Δβ(t)为t帧时的倾斜方位角速度；

同样道理用公式(5)来计算倾斜角加速度和倾斜方位角加速度，

Δ²θ(t)＝(Δθ(t)-Δθ(t-1))/Δt                             (5)

Δ²β(t)＝(Δβ(t)-Δβ(t-1))/Δt

式中，Δθ(t)为t帧时的倾斜角速度，Δθ(t-1)为t-1帧时的倾斜角速度，Δβ(t)为t帧时的倾斜方位角速度，Δβ(t-1)为t-1帧时的倾斜方位角速度，Δ²θ(t)为t帧时的倾斜角加速度，Δ²β(t)为t帧时的倾斜方位角加速度；

对于计算好的倾斜方位角度β(t)、倾斜方位角速度Δβ(t)、倾斜方位角加速度Δ²β(t)、倾斜角度θ(t)、倾斜角速度Δθ(t)、倾斜角加速度Δ²θ(t)、当前的***时间t以及视频图像等数据提交给检测数据存储单元进行保存，同时加工成显示页面送交给检测结果显示单元进行显示；显示页面如图9所示，在显示页面上即有实时的视频图像，又有各种检测数据以及全方位倾斜传感器的***参数，以便于使用者能直观的确认检测结果；

进一步，保存在检测数据存储单元的检测结果数据是按照时间序列进行存储的，有时为了观察倾斜方位角度β(t)、倾斜方位角速度Δβ(t)、倾斜方位角加速度Δ²β(t)、倾斜角度θ(t)、倾斜角速度Δθ(t)、倾斜角加速度Δ²θ(t)的变化过程，使用者可以通过页面上(图9)的选择菜单(显示)来显示倾斜方位角度β(t)、倾斜方位角速度Δβ(t)、倾斜方位角加速度Δ²β(t)的变化曲线和倾斜角度θ(t)、倾斜角速度Δθ(t)、倾斜角加速度Δ²θ(t)的变化曲线；

所述的平台水平控制单元，用于控制平台的水平度，主要包括平台支撑脚位置误差计算模块和平台支撑脚位置伺服控制模块；

所述的平台支撑脚位置误差计算模块，用于计算要将平台对准以及调整到水平位置状态下平台各支撑点的移动距离，包括调平前的准备子模块和平台调平控制子模块；根据不同需求，本发明中采用了圆柱体“最高点”调平算法、圆柱体“最低点”调平算法、圆柱体“中间点”调平算法和“基准点”调平算法；

考虑到平台各支撑点并非规则排列，为了保证各支撑点在平台调平过程中能均匀受力且按照平台调平控制方法迅速完成调平任务；根据平台调平后的位置高度，用公式(6)计算各支撑点需要移动的距离位置，

$z_x=\left\{\begin{array}{c}{R}_x\&times;\sin \mathrm{\&theta;}\&times;[\cos \left(\frac{{\mathrm{\&beta;}}_x}{R}\right)+1]+(z_c-z_o-\mathrm{\&Delta;})\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\mathrm{\&delta;}>1\\ R_x\&times;\sin \mathrm{\&theta;}\&times;[\cos \left(\frac{{\mathrm{\&beta;}}_x}{R}\right)+\mathrm{\&delta;}]\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left|\mathrm{\&delta;}\right|\&le;1\\ R_x\&times;\sin \mathrm{\&theta;}\&times;[\cos \left(\frac{{\mathrm{\&beta;}}_x}{R}\right)-1]-(z_c-z_o+\mathrm{\&Delta;})\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\mathrm{\&delta;}<-1\end{array}\right.---\left(6\right)$

δ＝(z_c-z_o)/R×sinθ₀

Δ＝2R×sinθ₀

式中，z_x表示某一支撑点实现某种调平所需要移动的垂直距离，R_x表示某一支撑点与圆柱体模型中心轴的距离，θ表示平台的倾斜角，β_x表示某一支撑点的计算倾斜方位角，它是X轴与某一支撑点和圆柱体模型中心轴连线的夹角β_xc和测量倾斜方位角β_c的差，即β_x＝β_xc-β_c，β_x∈[0，2πR]逆时针方向，z_o表示平台调平前中间点在Z轴上的位置，z_c表示平台调平后中间点在Z轴上的位置，R表示圆柱体模型的半径，Δ表示在圆柱体模型中倾斜平台最高点与最低点投影在Z轴上的距离，θ₀表示平台在调平前的倾斜角，δ表示平台的调平范围比，|δ|≤1表示调平范围在圆柱体模型中倾斜平台最高点与最低点投影范围内，δ＜-1表示调平位置高于圆柱体模型中倾斜平台的最高点在Z轴上的投影点，δ＞1表示调平位置低于圆柱体模型中倾斜平台的最低点在Z轴上的投影点；公式(6)中平台的倾斜角θ和支撑点的计算倾斜方位角β_x的信息是从全方位倾斜传感器的检测结果中获得的；

对公式(6)求导可以得到平台各支撑点的移动速度，用公式(7)表示，

$\frac{{\&PartialD;z}_x}{\&PartialD;t}=R_x\&times;\cos \mathrm{\&theta;}\&times;[\cos \left(\frac{{\mathrm{\&beta;}}_x}{R}\right)+1]\frac{\&PartialD;\mathrm{\&theta;}}{\&PartialD;t}+\frac{\&PartialD;z_c}{\&PartialD;t}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\mathrm{\&delta;}>1$

$\frac{{\mathrm{dz}}_x}{\mathrm{dt}}=R_x\&times;\cos \mathrm{\&theta;}\&times;[\cos \left(\frac{{\mathrm{\&beta;}}_x}{R}\right)+\mathrm{\&delta;}]\frac{\mathrm{d\&theta;}}{\mathrm{dt}}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left|\mathrm{\&delta;}\right|\&le;1---\left(7\right)$

$\frac{{\&PartialD;z}_x}{\&PartialD;t}=R_x\&times;\cos \mathrm{\&theta;}\&times;[\cos \left(\frac{{\mathrm{\&beta;}}_x}{R}\right)-1]\frac{\&PartialD;\mathrm{\&theta;}}{\&PartialD;t}-\frac{\&PartialD;z_c}{\&PartialD;t}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\mathrm{\&delta;}<-1$

从公式(6)和公式(7)得到如下3种对准调平方案：方案1)单一调平方案，当调平后的位置在圆柱体模型中倾斜平台的最高点和最低点之间，包括最高点和最低点，即满足|δ|≤1条件时，可以一步实现平台对准调平到位，每个支撑点的调平速度必须满足R_x×cosθ×[cos(β_x/R)+δ]dθ/dt，其中dθ/dt为调平速度，调平速度曲线为柔性运动控制曲线，如附图18所示；当调平后的位置超出圆柱体模型中倾斜平台的最高点或者最低点时，即当δ＞1或者δ＜-1时，对准调平需要分调平和对准这两个不同过程完成，实现方案可以是先调平后对准也可以是先对准后调平；方案2)先调平后对准的方案，具体做法是，首先向着圆柱体模型中倾斜平台的最高点或者最低点方向完成调平，当δ＞1时，向圆柱体模型中倾斜平台的最高点进行调平，每个支撑点的调平速度必须满足

其中为调平速度，调平速度曲线为柔性运动控制曲线，如附图18所示；当δ＜-1时，向圆柱体模型中倾斜平台的最低点进行调平，每个支撑点的调平速度必须满足

其中

为调平速度，调平速度曲线为柔性运动控制曲线；接着当调平动作结束后，所有支撑点以相同的速度

进行平移动作，其中

为平移速度，平移速度曲线为柔性运动控制曲线，直到平台平面移动到所设定的高度；方案3)先对准后调平的方案，具体做法是，首先所有支撑点以相同的速度

进行平移动作，其中

为平移速度，平移速度曲线为柔性运动控制曲线，当δ＞1时每个支撑点向上移动(z_c-z_o-Δ)距离，当δ＜-1时每个支撑点向下移动(z_c-z_o+Δ)距离；当对准动作结束后，当δ＜-1时，向倾斜平台的最高点进行调平，每个支撑点的调平速度必须满足

其中

为调平速度，调平速度曲线为柔性运动控制曲线；当δ＞1时，向倾斜平台的最低点进行调平，每个支撑点的调平速度必须满足

其中

为调平速度，调平速度曲线为柔性运动控制曲线，如附图18所示；

下面具体说明平台的调平方法：

1)调平前的准备

在公式(6)和公式(7)中都使用到了某一支撑点与圆柱体模型中心轴的距离R_x、X轴与某一支撑点和圆柱体模型中心轴的连线的夹角β_xc这两组平台支撑点的结构参数，这两组参数必须平台调平使用前预置好；为了不失一般性，本发明中采用6支撑点平台来说明通过计算获得两组6支撑点的结构参数的方法；

步骤1)确定平台的中心点：这里首先要确定平台的中心点O、约定支撑点的命名方式，如附图16所示，确定平台的中心点O点在矩形平面的中心；

步骤2)命名各支撑点：以顺时针方向依次约定6个支撑点A、B、C、D、E、F；

步骤3)建立坐标系：定义O点与A点的连线为X轴方向；

步骤4)建立圆柱体模型：主要完成两个任务，第一是计算O点与6个支撑点A、B、C、D、E、F之间的长度，得到支撑点与圆柱体模型中心轴的距离R_x，通过矩形边的宽度W和高度H以及勾股定理计算得到各支撑点与圆柱体模型中心轴的距离R_x，在本发明中将最短的距离R_x作为圆柱体模型的半径R；

第二是得到各支撑点的方位信息；需要计算X轴与各支撑点和圆柱体模型中心轴连线的夹角β_xc，β_xc角与各支撑点位置分布有关，同时也与全方位倾斜传感器的坐标系和平台的坐标系相关，如附图3所示，在全方位倾斜传感器的坐标系中定义了Xs表示全方位倾斜传感器的X轴；在平台的坐标系中定义了X表示平台的X轴，因此只要两个X轴线完全吻合且均以顺时针方向计算倾斜方位角，则平台的测量倾斜方位角就与全方位倾斜传感器的测量倾斜方位角完全一致，这样就在平台水平的传感检测和控制上建立了统一的参照系；

进一步，在本发明中以平台中心O点与支撑点A点的连线为X轴方向，从顺时针方向计算各支撑点与X轴的夹角β_xc，如附图16所示，各支撑点与X轴的夹角β_xc计算如公式(9)所示，

用表1来归纳附图16中的各支撑点与圆柱体模型中心轴的距离R_x、X轴与各支撑点和圆柱体模型中心轴的连线的夹角β_xc这两组平台支撑点的结构参数计算结果；这些结构参数最终存放在附图6中所示的***基本数据存储单元内；

β_A1c＝0

β_B1c＝2×tan^-1(H/W)

β_C1c＝2×tan^-1(H/W)+tan^-1(W/H)

β_D1c＝2×tan^-1(H/W)+2×tan^-1(W/H)                             (9)

β_E1c＝4×tan^-1(H/W)+2×tan^-1(W/H)

β_F1c＝4×tan^-1(H/W)+3×tan^-1(W/H)

表1平台支撑点的结构参数

步骤5)确定调平的策略：用户可以通过人机界面选择圆柱体“最高点”调平算法、圆柱体“最低点”调平算法、圆柱体“中间点”调平算法和“基准点”调平算法中的任何一种平台调平策略，其中如果用户选择了“基准点”调平算法，首先要求用户选择①先调平后对准②先对准后调平，缺省的选择为①先调平后对准，接着要求用户输入“基准点”的具体数据，作为平台的控制高度值z_c；另外还要求用户输入平台的调平精度值Pv，如Pv＝0.1°，平台初始高度值z_o，这些输入结果保存在附图6中所示的***基本数据存储单元内；

步骤6)确定各支撑点移动速度的模式：为了使得平台在平移或调平过程中平稳、快速地调整到设定的水平位置，同时必须各支撑点能均匀受力，在本发明中预置了各支撑点移动速度模式，如附图18所示，属于一种正弦曲线；具体的参数需要与支撑点的位置伺服控制参数来确定，用户可以通过位置伺服控制生产厂商所提供的数据输入最大移动速度等技术参数，最终确定平台最大能力调平速度

(dθ/dt)_ab和

的控制曲线形式；为了便于数字控制，本发明中采用n等分(n为偶数)将这些控制曲线进行离散化，并将其以数表形式动态存放于***基本数据存储单元内的加、减速曲线库中，其中加速曲线数据存放在0～n/2数据单元中，减速曲线数据存放在n/2+1～n数据单元中；n的取值越大离散化后的速度控制曲线越接近于连续速度控制曲线，因此建议n的取值在200以上，并为偶数。

2)平台的调平控制

平台的调平控制是根据全方位倾斜传感器的测量结果(平台倾斜角θ和测量倾斜方位角β_c)，根据调平前的准备中输入的数据和调平控制策略，以公式(6)为各支撑点的位置伺服控制目标，以公式(7)为各支撑点的位置伺服中的速度控制要求，以实现在平台的调平过程中各支撑点均匀受力协同快速完成平台的调平任务，调平控制的步骤如下：

步骤1：读取全方位倾斜传感器的平台倾斜角θ和测量倾斜方位角β_c，如果平台倾斜角θ大于Pv，就进入步骤2，否则继续重复步骤1；

步骤2：计算各支撑点的计算倾斜方位角R_x，读取表1中x轴与各支撑点和圆柱体模型中心轴连线的夹角β_xc，然后根据全方位倾斜传感器的测量倾斜方位角β_c，利用公式(8)计算各支撑点的计算倾斜方位角R_x，

${\mathrm{\&beta;}}_x=\left\{\begin{array}{c}2\mathrm{\&pi;}+({\mathrm{\&beta;}}_{\mathrm{xc}}-{\mathrm{\&beta;}}_c)\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\mathrm{if}({\mathrm{\&beta;}}_{\mathrm{xc}}-{\mathrm{\&beta;}}_c)<0\\ {\mathrm{\&beta;}}_{\mathrm{xc}}-{\mathrm{\&beta;}}_c\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\mathrm{if}0\&le;({\mathrm{\&beta;}}_{\mathrm{xc}}-{\mathrm{\&beta;}}_c)\&le;2\mathrm{\&pi;}\\ 2\mathrm{\&pi;}-({\mathrm{\&beta;}}_{\mathrm{xc}}-{\mathrm{\&beta;}}_c)\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\mathrm{if}({\mathrm{\&beta;}}_{\mathrm{xc}}-{\mathrm{\&beta;}}_c)>2\mathrm{\&pi;}\end{array}\right.---\left(8\right)$

步骤3：计算平台的调平范围比δ，如果用户在人机界面上选择了“基准点”调平算法，用公式(10)计算平台的调平范围比δ；

δ＝(z_o-z_c)R×Sinθ₀                                      (10)

如果用户选择了“最高点”调平方案，δ＝1；如果用户选择了“最低点”调平方案，δ＝-1；如果用户选择了“中间点”调平方案，δ＝0；

步骤4：确定调平偏差和调平速率，首先利用公式(11)计算在圆柱体模型中倾斜平台最高点与最低点投影在Z轴上的距离Δ，

Δ＝2R×sinθ₀                                  (11)

接着，根据平台需要调平的倾斜角θ和平移的距离(z_c-z_o+Δ)以及存储在***基本数据存储单元内的加、减速曲线库中的被离散化的平台最大能力调平速度

和的控制曲线生成实际控制调平速率

dθ/dt和对准速率

曲线，以下用dθ/dt的生成来说明算法的实现；

变量t从1～n/2循环，读取变量t所对应的(dθ/dt)_ab中的数据(dθ/dt)_ab(t)，然后用(15)计算累加值；

$\mathrm{\&Pi;}=\underset{1}{\overset{t}{\mathrm{\&Sigma;}}}{(\mathrm{d\&theta;}/\mathrm{dt})}_{\mathrm{ab}}\left(t\right)---\left(15\right)$

将t值和(dθ/dt)_ab(t)值依次保存在动态存储单元内；

接着判断∏≥θ/2，如果满足条件，变量t1从(n-t)～n循环，读取变量t1所对应的(dθ/dt)_ab中的数据(dθ/dt)_ab(t)，将变量t值递增，即t＝t+1，然后将t值和(dθ/dt)_ab(t)值依次保存在动态存储单元内，程序结束；

将变量t2＝0，用do…while语句进行循环控制，接着用公式(16)计算累加值和变量t2的值；

t2＝t2+1                                             (16)

$\mathrm{\&Pi;}=\underset{1}{\overset{n/2}{\mathrm{\&Sigma;}}}{(\mathrm{d\&theta;}/\mathrm{dt})}_{\mathrm{ab}}\left(t\right)+\underset{0}{\overset{t2}{\mathrm{\&Sigma;}}}{(\mathrm{d\&theta;}/\mathrm{dt})}_{\mathrm{ab}}(n/2)$ 将(t+t2)值和(dθ/dt)_ab(n/2)值依次保存在动态存储单元内；

接着判断∏≥θ/2，如果满足条件，将t2值赋值给变量t3，用循环语句for从0～t3进行循环控制，

t2＝t2+1                                             (17)

将(t+t2)值和(dθ/dt)_ab(n/2)值依次保存在动态存储单元内；

变量t从(n+1)/2～n循环，读取变量t所对应的(dθ/dt)_ab中的数据(dθ/dt)_ab(t)，将(t+t2)值和(dθ/dt)_ab(n/2)值依次保存在动态存储单元内；

根据不同的调平倾斜角和上述的实际控制调平速率生成方式，所生成的曲线可以由附图19所示的三种形式，附图19(a)表示实际控制调平速率正好与平台的最大调平能力相吻合，附图19(b)表示实际控制调平速率还未达到平台的最大调平速度时已能完成了调平过程，附图19(c)表示实际控制调平速率在达到平台的最大调平速度时还需保持一段时间才能完成调平过程；对于对准移动

曲线的生成算法与上述调平控制dθ/dt曲线的生成算法相同；

步骤5：计算各支撑点的位移和移动速度，如果用户在人机界面上选择了“基准点”调平算法，并且平台的调平范围比δ＞1时，采用公式(12)计算各支撑点的位移和移动速度；

z_x＝R_x×sinθ×[cos(β_x/R)+1]+(z_c-z_o-Δ)

$\frac{{\&PartialD;z}_x}{\&PartialD;t}=R_x\&times;\cos \mathrm{\&theta;}\&times;[\cos \left(\frac{{\mathrm{\&beta;}}_x}{R}\right)+1]\frac{\&PartialD;\mathrm{\&theta;}}{\&PartialD;t}+\frac{\&PartialD;z_c}{\&PartialD;t}---\left(12\right)$

如果用户在人机界面上选择了“基准点”调平算法，并且平台的调平范围比δ＜-1时，采用公式(13)计算各支撑点的位移和移动速度；

z_x＝R_x×sinθ×[cos(β_x/R)-1]-(z_c-z_o-Δ)                  (13)

$\frac{{\&PartialD;z}_x}{\&PartialD;t}=R_x\&times;\cos \mathrm{\&theta;}\&times;[\cos \left(\frac{{\mathrm{\&beta;}}_x}{R}\right)-1]\frac{\&PartialD;\mathrm{\&theta;}}{\&PartialD;t}-\frac{\&PartialD;z_c}{\&PartialD;t}$

如果用户在人机界面上选择了除了“基准点”以外的调平算法，采用公式(14)计算各支撑点的位移和移动速度；

z_x＝R_x×sinθ×[cos(β_x/R)+δ]                            (14)

dz_x/dt＝R_x×cosθ×[cos(β_x/R)+δ]dθ/dt

位置误差控制调平法采用机电伺服控制，这种伺服控制具有调平精度高、调平速度快的优点；在基于圆柱模型的最高点、最低点和中间点等调平方案中，对平台不同的初始预支承情况，平台离地面的高度都会改变；对于海上平台的调平控制则最好采用“中间点”调平算法；如果要求平台离地面的高度保持恒定，则需要对每个支撑点设定一个初始值，以该初始值为参考标准，采用“任意点”的调平策略；

进一步，给各个平台支撑脚位置伺服控制驱动单元发出位置控制信号给平台支撑脚位置伺服控制动作单元，平台支撑脚位置伺服控制驱动单元将伺服电机旋转变压器信号换算出的实际位置信号和实际速度信号分别作为位置环反馈信号和速度环反馈信号实现闭环控制，而使***快速平滑地跟随位置设定值，实现平台的调平；

所述的平台支撑脚位置伺服控制模块，通过输出接口将在所述的平台支撑脚位置误差计算模块中所计算得到的各支撑点的位移量和位移速度等转换成相应的控制电信号并输入到平台支撑脚位置伺服控制驱动单元，平台支撑脚位置伺服控制驱动单元驱动平台支撑脚位置伺服控制动作单元完成相应的调平动作；位置伺服控制采用机电位置伺服或者电液位置伺服来实现。

实施例2

其余与实施例1相同，对于无位置伺服控制调平装置的平台，在人机界面上输出各支撑点的调整位移值，提示操作人员按照所提示的内容进行操作能一次快速实现平台的调平。

Claims (4)

1.一种基于圆柱形模型的平台调平装置，其特征在于：包括全方位倾斜传感器、平台、平台支撑脚位置伺服控制动作单元和平台支撑脚位置伺服控制驱动单元，所述的全方位倾斜传感器包括全方位倾斜传感器外壳、LED照明光源、透明圆锥体容器、不透光液体、摄像头、微处理器、电源和指南针，所述的电源与所述的LED照明光源和所述的微处理器连接，所述的微处理器与所述的摄像头连接，所述的透明圆锥体容器是由两个同样大小的圆锥体以背靠背的方式结合成一个封闭容器；所述的全方位倾斜传感器外壳中部固定着所述的透明圆锥体容器，上部固定着所述的LED照明光源，下部固定着所述的摄像头；所述的LED照明光源朝下正对着所述的透明圆锥体容器中心发出白色光，所述的摄像头朝上接受所述的透明圆锥体容器中心感应透过透明圆锥体容器后的透射光，所述的微处理器通过USB接口从所述的摄像头中读取图像数据，全方位倾斜传感器固定在所述的平台上，所述的平台由所述的平台支撑脚位置伺服控制动作单元支撑，所述的平台支撑脚位置伺服控制驱动单元控制所述的平台支撑脚位置伺服控制动作单元上下移动，所述的微处理器发出移动控制信号给所述的平台支撑脚位置伺服控制驱动单元；

所述的全方位倾斜传感器外壳呈圆柱型，圆柱型的两个平面，其中一个平面内侧固定着LED照明光源，平面外侧固定着指南针；在另一个平面上固定着摄像头，且方向都向内；圆柱型的中部固定着透明圆锥体容器；全方位倾斜传感器外壳采用不透光的材料，圆柱型的内壁采用吸光性的材料；圆柱型的外壁上标有一条与圆柱型的轴线相平行的直线，将该直线作为方位角的始点；使用全方位倾斜传感器时需要转动全方位倾斜传感器将指南针的指北的方向与该直线重合；

所述的不透光液体注入到所述的透明圆锥体容器中，在所述的透明圆锥体容器中的所述的不透光液体的状态将决定全方位水平检测的水平倾斜角和倾斜方位角；当全方位倾斜传感器处于水平面状态时，所述的LED照明光源由于受到在所述的透明圆锥体容器中的所述的不透光液体遮光作用，所述的摄像头无法接收到从所述的LED照明光源发出的并经所述的透明圆锥体容器透射光；当全方位倾斜传感器处于倾斜状态时，所述的不透光液体在所述的透明圆锥体容器中发生流动维持水平状态，这时在所述的LED照明光源和所述的摄像头之间的所述的透明圆锥体容器有一部分区域处于非遮挡状态，所述的摄像头接收到从所述的LED照明光源发出的并经所述的透明圆锥体容器部分透射光；

所述微处理器包括：平台水平控制单元，用于控制平台的水平度，主要包括平台支撑脚位置误差计算模块和平台支撑脚位置伺服控制模块；

所述的平台支撑脚位置误差计算模块，用于计算要将平台对准以及调整到水平位置状态下平台各支撑点的移动距离，包括调平前的准备子模块和平台调平控制子模块；根据不同需求，采用圆柱体“最高点”调平算法、圆柱体“最低点”调平算法、圆柱体“中间点”调平算法和“基准点”调平算法；

考虑到平台各支撑点并非规则排列，为了保证各支撑点在平台调平过程中能均匀受力且按照平台调平控制方法迅速完成调平任务；根据平台调平后的位置高度，用公式(6)计算各支撑点需要移动的距离位置，

$z_x=\left\{\begin{array}{c}{R}_x\&times;\sin \mathrm{\&theta;}\&times;[\cos ({\mathrm{\&beta;}}_x/R)+1]+(z_c-z_o-\mathrm{\&Delta;})\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\mathrm{\&delta;}>1\\ R_x\&times;\sin \mathrm{\&theta;}\&times;[\cos ({\mathrm{\&beta;}}_x/R)+\mathrm{\&delta;}]\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left|\mathrm{\&delta;}\right|\&le;1\\ R_x\&times;\sin \mathrm{\&theta;}[\cos ({\mathrm{\&beta;}}_x/R)-1]-(z_c-z_o+\mathrm{\&Delta;})\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\mathrm{\&delta;}<-1\end{array}\right.---\left(6\right)$

δ＝(z_c-z_o)/R×sinθ₀

Δ＝2R×sinθ₀

式中，z_x表示某一支撑点实现某种调平所需要移动的垂直距离，R_x表示某一支撑点与圆柱体模型中心轴的距离，θ表示平台的水平倾斜角，β_x表示某一支撑点的计算倾斜方位角，它是X轴与某一支撑点和圆柱体模型中心轴连线的夹角β_xc和测量倾斜方位角β_c的差，即β_x＝β_xc-β_c，β_x∈[0，2πR]逆时针方向，z_o表示平台调平前中间点在Z轴上的位置，z_c表示平台调平后中间点在Z轴上的位置，R表示圆柱体模型的半径，Δ表示在圆柱体模型中倾斜平台最高点与最低点投影在Z轴上的距离，θ₀表示平台在调平前的倾斜角，δ表示平台的调平范围比，|δ|≤1表示调平范围在圆柱体模型中倾斜平台最高点与最低点投影范围内，δ＜-1表示调平位置高于圆柱体模型中倾斜平台的最高点在Z轴上的投影点，δ＞1表示调平位置低于圆柱体模型中倾斜平台的最低点在Z轴上的投影点；公式(6)中平台的水平倾斜角θ和支撑点的计算倾斜方位角

的信息是从全方位倾斜传感器的检测结果中获得的；

对公式(6)求导可以得到平台各支撑点的移动速度，用公式(7)表示，

$\&PartialD;z_x/\&PartialD;t=R_x\&times;\cos \mathrm{\&theta;}\&times;[\cos ({\mathrm{\&beta;}}_x/R)+1]\&PartialD;\mathrm{\&theta;}/\&PartialD;t+\&PartialD;z_c/\&PartialD;t\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\mathrm{\&delta;}>1$

dz_x/dt＝R_x×cosθ×[cos(β_x/R)+δ]dθ/dt……………|δ|≤1                    (7)

$\&PartialD;z_x/\&PartialD;t=R_x\&times;\cos \mathrm{\&theta;}\&times;[\cos ({\mathrm{\&beta;}}_x/R)-1]\&PartialD;\mathrm{\&theta;}/\&PartialD;t-\&PartialD;z_c/\&PartialD;t\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\mathrm{\&delta;}<-1$

从公式(6)和公式(7)得到如下3种对准调平方案：方案1)单一调平方案，当调平后的位置在圆柱体模型中倾斜平台的最高点和最低点之间，包括最高点和最低点，即满足|δ|≤1条件时，可以一步实现平台对准调平到位，每个支撑点的调平速度必须满足R_x×cosθ×[cos(β_x/R)+δ]dθ/dt，其中dθ/dt为调平速度，调平速度曲线为柔性运动控制曲线；当调平后的位置超出圆柱体模型中倾斜平台的最高点或者最低点时，即当δ＞1或者δ＜-1时，对准调平需要分调平和对准这两个不同过程完成，实现方案是先调平后对准或先对准后调平；方案2)先调平后对准的方案，具体做法是，首先向着圆柱体模型中倾斜平台的最高点或者最低点方向完成调平，当δ＞1时，向圆柱体模型中倾斜平台的最高点进行调平，每个支撑点的调平速度必须满足其中

为调平速度，调平速度曲线为柔性运动控制曲线；当δ＜-1时，向圆柱体模型中倾斜平台的最低点进行调平，每个支撑点的调平速度必须满足

其中

为调平速度，调平速度曲线为柔性运动控制曲线；接着当调平动作结束后，所有支撑点以相同的速度

进行平移动作，其中

为平移速度，平移速度曲线为柔性运动控制曲线，直到平台平面移动到所设定的高度；方案3)先对准后调平的方案，具体做法是，首先所有支撑点以相同的速度进行平移动作，其中为平移速度，平移速度曲线为柔性运动控制曲线，当δ＞1时每个支撑点向上移动(z_c-z_o-Δ)距离，当δ＜-1时每个支撑点向下移动(z_c-z_o+Δ)距离；当对准动作结束后，当δ＜-1时，向倾斜平台的最高点进行调平，每个支撑点的调平速度必须满足

其中

为调平速度，调平速度曲线为柔性运动控制曲线；当δ＞1时，向倾斜平台的最低点进行调平，每个支撑点的调平速度必须满足 $R_x\&times;\cos \mathrm{\&theta;}\&times;[\cos ({\mathrm{\&beta;}}_x/R)-1]\&PartialD;\mathrm{\&theta;}/\&PartialD;t,$ 其中

为调平速度，调平速度曲线为柔性运动控制曲线；

建立圆柱体模型：第一是计算平台的中心点o点与6个支撑点A、B、C、D、E、F之间的长度，得到支撑点与圆柱体模型中心轴的距离R_x，通过矩形边的宽度W和高度H以及勾股定理计算得到各支撑点与圆柱体模型中心轴的距离R_x，将最短的距离R_x作为圆柱体模型的半径R；

第二是得到各支撑点的方位信息；需要计算X轴与各支撑点和圆柱体模型中心轴连线的夹角β_xc，在全方位倾斜传感器的坐标系中定义Xs表示全方位倾斜传感器的X轴；在平台的坐标系中定义X表示平台的X轴，因此只要两个X轴线完全吻合且均以顺时针方向计算倾斜方位角，则平台的测量倾斜方位角就与全方位倾斜传感器的测量倾斜方位角完全一致，即在平台水平的传感检测和控制上建立了统一的参照系。

2.如权利要求1所述的基于圆柱形模型的平台调平装置，其特征在于：所述的不透光液体，根据动态检测需求选择不透光液体的粘度，对于在垂直方向存在作用力的情况，采用粘度系数高的不透光液体；对于高动态检测水平状态情况，采用粘度系数低的不透光液体；对不透光液体，选择能很好吸收光的、没有腐蚀性、对温度不敏感、满足粘度范围的液体作为不透光液体。

3.如权利要求1或2所述的基于圆柱形模型的平台调平装置，其特征在于：所述平台支撑脚位置伺服控制模块中，通过输出接口将在所述的平台支撑脚位置误差计算模块中所计算得到的各支撑点的位移量和位移速度转换成相应的控制电信号并输入到平台支撑脚位置伺服控制驱动单元，平台支撑脚位置伺服控制驱动单元驱动平台支撑脚位置伺服控制动作单元完成相应的调平动作；位置伺服控制采用机电位置伺服来实现。

4.如权利要求1或2所述的基于圆柱形模型的平台调平装置，其特征在于：所述的平台支撑脚位置伺服控制模块，通过输出接口将在所述的平台支撑脚位置误差计算模块中所计算得到的各支撑点的位移量和位移速度转换成相应的控制电信号并输入到平台支撑脚位置伺服控制驱动单元，平台支撑脚位置伺服控制驱动单元驱动平台支撑脚位置伺服控制动作单元完成相应的调平动作；伺服控制采用电液位置伺服来实现。

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