Verification of 6DOF platform with wire-based sensors for spatial tracking

The paper presents design and experimental verification of platform mechanism with cost-effective wire-based sensors for measuring of spatial displacement or pose of some moving object. This task, also known as spatial tracking, has a very wide application. The proposed mechanism, guided by the moving object, has a parallel structure with two platforms and at least six wire-based sensors for measuring distances between the platform points. Changes of the platform pose cause corresponding changes of the sensors' wire lengths. Forward position problem of an equivalent mechanism model with 6 degrees of freedom is described together with analyses of work space limitations and error propagation in a measurement system. A specific application is illustrated for tracking of a wheel knuckle of 5-link suspension mechanism used in passenger cars. The developed device has the following advantages: it can be installed in a wheel cavity; enables dynamic measurements on the road; is cost-effective. Performance of the latest prototype of the wire-based tracker was verified on the basis of measurements on a test rig, where two other measuring devices were used for comparison purposes.

W pracy przedstawiono wyniki weryfikacji eksperymentalnej opracowanego mechanizmu platformowego z czujnikami linkowymi, przeznaczonego do wyznaczania położenia lub przemieszczenia obiektu w przestrzeni. Potrzeba rozwiązania takiego zadania istnieje w wielu dziedzinach. Autorzy podjęli próbę zastosowania mechanizmu linkowego do mierzenia pozycji i orientacji koła samochodu względem nadwozia. Postawione wymagania konstrukcyjne obejmują m.in.: korzystny stosunek ceny aparatury do dokładności pomiaru; możliwość zainstalowania mechanizmu we wnęce koła; możliwość badań w warunkach dynamicznych podczas testów drogowych samochodu. Zdefiniowane wymagania może spełnić mechanizm o strukturze równoległej i 6 stopniach swobody, składający się z dwóch sztywnych platform połączonych ze sobą co najmniej sześcioma linkami czujników do pomiaru odległości. Sprężyny w czujnikach gwarantują odpowiedni naciąg linek, który uzasadnia opis kinematyczny linki jako łącznika o zmiennej długości i zakończonego sferycznymi przegubami. Platforma stała jest związana z bazą-nadwoziem, a platforma ruchoma jest wodzona przez obiekt-koło, którego trajektoria jest do wyznaczenia. Zmiany pozycji i orientacji platform powodują zmiany długości linek czujników pomiarowych. Rozwiązując zadanie proste manipulatora równoległego wyznacza się szukane położenie koła. Rozłożenie linek musi być odpowiednio dobrane, tak aby nie ograniczać przestrzeni roboczej mechanizmu, np. przez kolizję linek. Oceny właściwości wykonanego prototypu mechanizmu linkowego dokonano na podstawie pomiarów na stanowisku z zainstalowanym zawieszeniem, tzw. pięcio-wahaczowym, kół przednich samochodu VW Passat. Do pomiarów wykorzystano także dwa inne urządzenia do wyznaczania położenia zwrotnicy koła. Porównane wyniki potwierdziły postawione założenia, ale wykazały także pewne niedoskonałości, które planuje się poprawić w kolejnym prototypie urządzenia.