六自由度平臺可實現(xiàn)空間六自由度運動模擬，六自由度平臺運動模擬系統(tǒng)是對艦船、飛機、宇航和車載設(shè)備等不同狀態(tài)時的行動進行模擬，是對這些運行狀態(tài)可靠性進行研究的重要模擬試驗裝置。

傳統(tǒng)的接觸式位姿測量方法中，具有事先確定計算點的數(shù)量和位置的局限性。三維數(shù)字圖像相關(guān)法（3D-DIC技術(shù)），可獲得被測物不同時刻的全場坐標信息，根據(jù)提取的相應計算點坐標，結(jié)合空間向量求解空間目標的位姿參數(shù)，記錄實驗體在該三維空間中的“位置、運動軌跡、速度、角度、加速度、角加速度”等運動軌跡指標。

XTDIC-STROBE系列動態(tài)三維位移軌跡測量

新拓三維XTDIC--STROBE三維動態(tài)測量系統(tǒng)結(jié)合數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)（DIC）與雙目立體視覺技術(shù)，采用三臺高速工業(yè)相機追蹤物體表面的散斑圖像，實現(xiàn)運動變形過程中物體表面的圖像關(guān)鍵標記的動態(tài)測量，針對不同幅面的測量范圍，可以快速、方便地實現(xiàn)系統(tǒng)的高精度標定。DIC系統(tǒng)集成了軌跡測量分析模塊，通過檢測靶標點空間位置數(shù)據(jù)，得到被測物位置及角度等數(shù)據(jù)信息。

實驗背景

在海洋科研中，很多科研實驗都需要測量數(shù)據(jù)支撐，例如模擬海上顛簸狀態(tài)，研究相應設(shè)備等實驗體的運動學指標和穩(wěn)定性等。

采用新拓三維XTDIC--STROBE三維動態(tài)測量系統(tǒng)，通過高速工業(yè)相機采集記錄實驗體在該三維空間中的位置姿態(tài)、運動軌跡等運動學指標，DIC軟件對實驗體的運動姿態(tài)進行分析，由此獲得在三維空間中的真實六自由度數(shù)據(jù)。

獲取這些數(shù)據(jù)有何實際意義？

以海洋船模研究為例，在六自由度測量建立的三維空間中，通過對實驗船模的運動學指標進行數(shù)據(jù)分析，找出船模運動控制性能缺點并進行改造，逐漸提升航行過程中的穩(wěn)定性、平滑性等性能，為實際航?？蒲刑峁?shù)據(jù)參考，解決相關(guān)領(lǐng)域中的運動學控制技術(shù)難題。

船舶六自由度圖示

實驗內(nèi)容

實驗目的：采用六自由度運動平臺，模擬還原海上顛簸狀態(tài)，研究航海設(shè)備穩(wěn)定性。

實驗設(shè)備：六自由度仿真實驗平臺，模擬海浪顛簸狀態(tài)；新拓三維XTDIC--STROBE三維動態(tài)測量系統(tǒng)，測量六自由度運動姿態(tài)。

實驗過程

對新拓三維XTDIC--STROBE三維動態(tài)測量系統(tǒng)工業(yè)相機內(nèi)、外參數(shù)標定校正，通過調(diào)整相機的視野范圍及相機與實驗試樣之間的距離，使兩臺相機的視野范圍基本上一致，調(diào)整鏡頭的焦點，使相機成像盡量清晰，根據(jù)拍攝視野和景深，同時保證兩臺相機能夠識別充足有效的標記點。

將校正板放在試樣擺放位置進行拍攝，用XTDIC軟件對標定圖像進行校準計算，DIC軟件將顯示每一張標定圖像的評估分，DIC系統(tǒng)校正得分不大于0.05的要求即可完成標定。

采用新拓三維XTDIC--STROBE三維動態(tài)測量系統(tǒng)對實驗體進行六自由度測量時，需要在該實驗體的測量區(qū)域貼上特制的編碼點，通過追蹤實驗試件上的編碼點，DIC軟件計算出實驗體在該空間中的運動學六自由度參數(shù)。

圖像采集分為靜態(tài)拍攝階段和動態(tài)拍攝階段。六自由度仿真實驗平臺運作之前，被測物處于靜止狀態(tài)，手動觸發(fā)DIC搭配的高速相機同步采集一組圖像，并將所得結(jié)果作為參考圖像，以給出每個圖像子區(qū)中心在變形前的位移原點。

實驗開始時，新拓三維XTDIC--STROBE三維動態(tài)測量系統(tǒng)工業(yè)相機分別采集圖像，并將圖像傳輸?shù)接嬎銠C內(nèi)，利用DIC軟件進行計算，可以得到六自由度實驗過程中被測件的位移、運動軌跡、速度、加速度、運動角度等測試數(shù)據(jù)結(jié)果。

數(shù)據(jù)分析

利用DIC軟件對兩臺相機采集到的圖像進行分析處理，并采用數(shù)字圖像相關(guān)算法進行計算，得到被測物表面關(guān)鍵點位移數(shù)據(jù)。

利用DIC軟件在被測物表面的設(shè)置4個單點（P1、P2、P3、P4），并得到這4個單點在六個自由度沿Y軸方向的位移曲線。

XTDIC系統(tǒng)基于數(shù)字圖像相關(guān)法（DIC）和三維運動軌跡測量分析模塊，適用于分析平移和旋轉(zhuǎn)運動（6DoF，6自由度）的位移軌跡測量。如下是基于全場形貌和基于點的運動角度測量分析，準確測量繞軸旋轉(zhuǎn)物體的位移轉(zhuǎn)角。

通過六自由度實驗平臺六根伺服電動缸的伸縮運動，控制上平臺在空間六個自由度（X、Y、Z、α、β、γ）運動，從而模擬出各種空間運動姿態(tài)，用于對各種科研實驗進行運動學指標的采集分析。

對被測物運動六自由度姿態(tài)測量，采用傳統(tǒng)的慣性傳感器獲取數(shù)據(jù)，往往無法將測量精度控制在理想范圍內(nèi)。

新拓三維XTDIC-STROBE三維動態(tài)測量系統(tǒng)，通過獲取被測物不同時刻的三維空間坐標信息，3D-DIC軟件分析三維動態(tài)位移軌跡，可在較小的誤差范圍內(nèi)實現(xiàn)對空間目標多個位姿參數(shù)的測量，為實際科研六自由度運動學指標測試提供數(shù)據(jù)參考。