技术领域
[0001] 本
发明涉及一种球面运动方法领域，尤其涉及的是一种球面运动探测主动实现方法。
背景技术
[0002] 球面运动是目标光学特性测量系统、基于
半实物仿真的光学成像制导引导头性能测试系统的重要组成部分。在目标光学特性测量系统中，为了实现不同的光照方向和观测方向的光学特性测量，一般通过
光源和测量目标不动，需要改变探测器或测量目标的
位置或探测器在探测方向的
俯仰角度。在光学成像制导引导头性能测试系统中，采用半实物仿真技术，在实验室条件下模拟目标的运动特性，实现对光学成像制导导引头
跟踪性能的测试。
[0003] 2005年，美国Nordson Dage公司公开了一种球面运动机构，应用于
X射线成像装置(美国
专利：US7497617B2)，其技术特征为：探测器沿弓形
框架运动，弓形框架两端由
轴承以可枢转方式安装，并设有
配重。
[0004] 2017年，哈尔滨工业大学公开了一种应用于光学目标运动仿真系统的球面运动机构(中国发明专利：授权号ZL201610847376.5)，所述光学目标运动仿真系统包括光学目标
模拟器、球面运动系统以及
支撑平台机构，所述球面运动系统包括方位圆弧运动机构、俯仰圆弧运动机构和
导轨连接件，光学目标模拟器侧面安装在俯仰圆弧运动机构上，光学目标模拟器的光轴与安装面平行，通过调节导轨连接件的位置使光学目标模拟器做俯仰圆弧运动时光轴的回转中心与方位圆弧运动机构的圆心的连线垂直于方位圆弧运动的导轨面，从而实现了光学目标模拟器的球面运动轨迹，且光学目标模拟器的光轴始终指向球面运动系统的球心。
[0005] 2019年，中国
电子科技集团公司第三十八研究所公开了一种基于
水平回转支撑和圆弧导轨运动的球面运动机构，应用于X射线成像装置(中国发明专利：
申请号201910592325.6)，包括铅房、五轴运动平台、安装组件、X射线源总成、探测器、运动控制室和射线源控制室；五轴运动平台设置在铅房内部，五轴运动平台包括刚性框架、三轴直线运动机构、两轴回转运动机构和支撑组件，三轴直线运动机构通过支撑组件固定在刚性框架内部底端，两轴回转运动机构固定在刚性框架内部顶端；X射线源总成固定在三轴直线运动机构上，探测器固定在两轴回转运动机构上；运动控制室、射线源控制室分别设置在铅房内部底面两端。
[0006]
现有技术要实现大倾角大球径球面运动轨迹，均依赖于大尺寸的圆弧导轨，而且一旦导轨尺寸确定，球面运动球径需要工装才能改变，适应性差。
[0007] 公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
[0008] 本发明所要解决的技术问题在于：如何解决现有的球面运动机构适应性差的问题。
[0009] 本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
[0010] 一种球面运动探测主动实现方法，包括以下步骤：
[0011] S1：将第一关节、第二关节、第三关节、第四关节、探测器依次连接并安装在点光源正上方，使第一关节的旋
转轴与点光源的竖直光轴重合，第二关节与点光源之间的距离小于第一关节与点光源之间的距离；
[0012] S2：旋转第一关节使探测器进行方位转动；
[0013] S3：旋转第二关节和第三关节使探测器位于以R为半径、点光源为圆心的圆弧上；
[0014] S4：旋转第四关节使探测面
正面对点光源。
[0015] 本方法通过第一关节实现方位角度旋转，通过第二关节和关节第三实现探测器沿圆弧大倾角运动，通过第四关节实现探测器的探测面始终正面对点光源，可通过调整
关节角度，改变球面运动球径大小，应用范围广。
[0016] 优选的，所述第二关节、所述第三关节、所述第四关节的
旋转轴平行，所述第二关节与第一关节的旋转轴垂直。
[0017] 优选的，在步骤S1后，对点光源到第二关节的旋转轴与第一关节的旋转轴的交点之间的距离d进行标定；步骤S3中，
[0018] 探测器相对于点光源与水平x轴之间的仰角记为θ；
[0019] 直线AB与直线AO之间的夹角α为：
[0020]
[0021] 直线BA和直线BP之间的夹角β为：
[0022]
[0023] 其中，第二关节的中心点标记A点，第三关节的中心点标记B点，第四关节的中心点标记P点，点光源位于原点O处，探测器运动轨迹半径为R，第二关节的中心点A到第三关节中心点B之间距离与第三关节中心点B到第四关节中心点P之间距离均为r。
[0024] 优选的，步骤S5直线PB与探测面之间的夹角γ为：
[0025] γ＝2π-α-β-θ。
[0026] 本发明的优点在于：
[0027] (1)本发明通过第一关节实现方位角度旋转，通过第二关节和关节第三实现探测器沿圆弧大倾角运动，通过第四关节实现探测器的探测面始终正面对点光源，该方法可通过调整关节角度，改变球面运动球径大小，应用范围广。
[0028] (2)本发明中球面运动探测主动实现方法适用于四关节
机械臂结构，根据三角函数建立运动轨迹方程，在三维空间中产生精确的球面运动轨迹。
附图说明
[0029] 图1是本发明
实施例球面运动探测主动实现方法的原理示意图；
[0030] 图2是球面运动探测主动实现方法的大倾角探测的运动轨迹图；
[0031] 图3是球面运动探测机构的示意图。
[0032] 图中标号：第一关节1、第一臂11、第二关节2、第二臂21、第三关节3、第三臂31、第四关节4、探测器5、第二关节的中心点A、第三关节的中心点B、第四关节的中心点P、点光源O、探测器运动轨迹半径为R，AB＝BP＝r。
具体实施方式
[0033] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0034] 如图1所示，一种球面运动探测主动实现方法，包括以下步骤：
[0035] S1：将第一关节1、第二关节2、第三关节3、第四关节4、探测器5依次连接并安装在点光源正上方，使第一关节1的旋转轴与点光源的竖直光轴重合，第二关节处于第一关节下方；
[0036] S2：对点光源到第二关节2的中心点A之间的距离d进行标定；
[0037] S3：旋转第一关节1使探测器进行方位转动；
[0038] S4：旋转第二关节2和第三关节3使探测器位于以R为半径、点光源为圆心的圆弧上，探测器相对于点光源与水平x轴之间的仰角记为θ，则直线AB与直线AO之间的夹角α和直线BA和直线BP之间的夹角β满足
[0039]
[0040] S5：旋转第四关节4使探测面正面对点光源，直线PB与探测面之间的夹角γ满足[0041] γ＝2π-α-β-θ
[0042] 其中，第二关节2的中心点标记A点，第三关节3的中心点标记B点，第四关节4的中心点标记P点，点光源位于原点O处探测器运动轨迹半径为R，第二关节的中心点A到第三关节中心点B之间距离与第三关节中心点B到第四关节中心点P之间距离均为r。
[0043] 所述第二关节2、所述第三关节3、所述第四关节4的旋转轴平行，所述第二关节2与第一关节1的旋转轴垂直；
[0044] 第一关节1、所述第二关节2、所述第三关节3、所述第四关节4通过
电机带动旋转。若电机转速不满足要求，可通过
编码器对转速进行控制，以及增加减速器。
[0045] 如图2所示，本实施例中的探测器的探测面通过第四关节4的中心点P处。第二关节2与第三关节3旋转使探测器可以以R为半径、点光源为圆心的圆弧上做球面运动，图中显示了5个状态，第四关节4使探测器的探测面与该球面始终相切。
[0046] 球面半径Rmax趋近于d，此时第三关节3与第四关节4之间的距离会略大于第二关街2与第三关节3之间的距离，该情况下，若要使探测器能够达到最低处，则2r趋近于2d。
[0047] 如图3所示，提供一种采用该方法的球面运动探测机构，包括第一关节1、第二关节2、第三关节3、第四关节4、探测器5，第一关节1、第二关节2、第三关节3、第四关节4、探测器5依次连接并安装在点光源正上方，通过第一关节2的旋转可以带动第一臂11转动，第一臂11带动其下部结构实现圆周转动，最终实现方位的角度旋转；通过第二关节2、第三关节3的旋转，可以改变第二臂21与第三臂31之间的夹角，实现探测器5的高度调节，可改变球面运动球径大小以及实现探测器倾角变化，适应性强，通过第四关节4实现探测器5的探测面始终正面对点光源O，最终实现所述探测器5沿以点光源O为球心、球径可变的球面运动。
[0048] 其中，探测器5可采用现有技术中的，且本领域技术人员能够根据实际需要选择探测器的型号以及探测面的安装位置。
[0049] 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行
修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
