机械工程学报

作者：赵祚喜, 宋俊文, 谈婷, 黎源鸿, 马昆鹏

单位：1. 华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室 广州 510642;2. 南方稻田作物多熟制现代化生产协同创新中心 长沙 410128

关键词：六自由度测量,全站仪,免置平,刚体,世界坐标系；

基金：国家重点研发计划（2016YFD0700101-02，2017YFD0700400）和广东省教育厅省级重大科研（2016KZDXM027）资助项目。

刚体六自由度是机械系统重要参数，其测量既可应用于运动学与动力学理论模型的验证，也可作为已知条件求解系统的约束反力等动力学分析。针对目前六自由度测量对仪器需求高、操作复杂的问题，提出一种基于常规测绘仪器全站仪实现的世界坐标系下刚体六自由度的测量方法，特点是通过全站仪测量分别设置在世界坐标系（World coordinate system，W系）和刚体的体坐标系（Body coordinate system，B系）一组已知控制点，即可实现刚体六自由度的测量，而且测量过程中全站仪无须置平操作。论文基于矩阵分析法分析了本全站仪免置平测量六自由度方法的原理，提出了数学模型并通过最小二乘法和奇异值分解相结合，实现模型的解算，在此基础上提出了本方法完整的应用步骤。利用SGT320E型三轴多功能转台与KTS460RM全站仪对本文方法进行了试验验证，并进行了相关误差分析。结果表明，全站仪免置平实现的刚体六自由度测量所得欧拉角精度（按Z-Y-X旋转顺序）分别为2.738°、3.424°、2.344°；刚体质心位置精度（按X-Y-Z顺序）分别为0.006 m、0.013 m、0.009 m，证明全站仪免置平测量方法理论和实践应用的可行性，可以满足多体机械系统中刚体六自由度的测量需求。

来源：2019年第24期

《机械工程学报》期刊编辑部

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