CN103033209B - 三维运动试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三维运动试验装置，其由机械部分和电控部分组成。所述的机械部分包括试验装置机架、第三级转动支架总成、第二级转动支架总成与第一级转动支架总成。第三级转动支架总成包括第三级转动支架从动装置、第三级转动支架驱动装置与第三级转动支架；第二级转动支架总成包括第二级转动支架与第二级转动支架驱动装置；第一级转动支架总成包括第一级转动支架驱动装置、第一级转动支架从动装置、第一级转动支架与浮动调整装置。第一级转动支架上、下端与第二级转动支架上、下端转动连接；第二级转动支架中间位置与第三级转动支架中间位置转动连接；第三级转动支架上、下端与试验装置机架顶板、底板转动连接。机械部分和电控部分为电线连接。

Description

三维运动试验装置

技术领域

本发明涉及一种试验装置，更确切地说，本发明涉及一种可以为试验件准确模拟三维运动的三维运动试验装置。

背景技术

在现代的运动机械控制系统中，传感器是必不可少的部件，为检测和调整机械的运动状态,通常要测量倾角，转速，加速度等信号。如航空模型中需要传感器能检测模型空间的三维角度位置，汽车电子稳定系统中需要传感器能检测车辆的纵、侧向加速度以及车辆的横摆角速度等等。因此传感器的性能直接影响整体系统的性能和稳定性。

随着微电子技术的发展，运动机械中的传感器越来越集成化和小型化，并逐渐采用电子元件代替传统的机械元件。如微机械陀螺仪可以使用芯片大小的体积完成传统机械式陀螺仪的各项测量任务，目前已被广泛的应用于航模、车辆、导航仪等各种设备器材上。对于电子元件传感器，其输入输出均为电信号，极易受到周围环境的影响和干扰，因此在使用前的标定显得更加重要。

另外，在开发控制系统时，为测试系统的执行效果、响应特性、抗干扰能力等性能时，除进行软件和计算机的模拟仿真外，还要搭载实物进行硬件试验。此时若全部使用真实机械进行试验，一方面工作量巨大且难以全部实现，另一方面存在一定的安全性隐患。相比之下使用特定机构模拟环境输入，对实物电路和控制系统进行硬件在环实验，可以很好的解决上述问题。

目前在国内还没有可以很好的实现对运动机械控制系统传感器进行标定且能配合完成硬件在环试验的装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是弥补了现有技术对运动机械控制系统中的传感器进行标定且能完成硬件在环试验设备不足的问题，提供了一种三维运动试验装置。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：所述的三维运动试验装置是由机械部分和电控部分组成。机械部分包括有试验装置机架、第三级转动支架总成、第二级转动支架总成、转动支架配重块与第一级转动支架总成。

所述的正方形框架式结构的试验装置机架四角的立柱下端加工有圆形凸台，凸台下端的圆柱体上螺纹连接有放置在地基上的试验装置地脚，试验装置机架的顶部安装有顶板，试验装置机架底部即在四个立柱的圆形凸台的上方固定安装有底板。

所述的第三级转动支架总成包括有第三级转动支架从动装置、第三级转动支架驱动装置与第三级转动支架，第三级转动支架包括有第三级支架上支撑板、第三级支架侧支撑板与第三级支架下支撑板，第三级支架上支撑板通过第三级转动支架从动装置与试验装置机架的顶板转动连接，第三级支架下支撑板通过第三级转动支架驱动装置与试验装置机架的底板转动连接，转动支架配重块固定在第三级支架下支撑板的右端。

所述的第二级转动支架总成包括第二级转动支架与第二级转动支架驱动装置，第二级转动支架包括第二级驱动板、第二级一号支撑板和第二级二号支撑板，第二级转动支架中的第二级驱动板通过第二级转动支架驱动装置和第三级转动支架总成中的第三级支架侧支撑板转动连接。

第一级转动支架总成包括有第一级转动支架驱动装置、第一级转动支架从动装置、第一级转动支架与浮动调整装置，所述的第一级转动支架包括第一级支架一号侧板、第一级支架底板与第一级支架二号侧板。第一级支架一号侧板通过第一级转动支架驱动装置和第二级转动支架总成中的第二级一号支撑板转动连接，第一级支架二号侧板通过第一级转动支架从动装置和第二级转动支架总成中的第二级二号支撑板转动连接，浮动调整装置安装在第一级支架底板上。

技术方案中所述的第三级转动支架从动装置包括第三级上轴承座、第三级一号轴承、第三级从动轮毂与Z轴校准激光发射器。第三级上轴承座的上端装入试验装置机架中顶板上的第三级上轴承座通孔中并采用螺栓连接固定，第三级从动轮毂的下端装入第三级转动支架总成中第三级支架上支撑板上的第三级从动轮毂通孔中并采用螺栓连接固定，第三级上轴承座的下端与第三级从动轮毂上端之间安装有第三级一号轴承成转动连接，电控部分中的集电环固定端的下端装入第三级上轴承座的中心孔内，集电环转动端装入第三级从动轮毂中心孔内，集电环的法兰盘的底面与试验装置机架的顶板的上端面相接触并采用螺栓连接固定，Z轴校准激光发射器安装在集电环转动端底端面的中心圆孔内，Z轴校准激光发射器的接线端与集电环电线连接。

技术方案中所述的第三级转动支架驱动装置包括第三级驱动电机、第三级驱动轮毂、第三级二号轴承、第三级三号轴承与第三级下轴承座。第三级下轴承座的下端装入试验装置机架中的底板上的第三级下轴承座通孔中并采用螺栓连接固定，第三级驱动轮毂的上端装入第三级转动支架总成中第三级支架下支撑板上的第三驱动轮毂通孔内并采用螺栓连接固定，第三级下轴承座的上端与插入其内孔之中的第三级驱动轮毂的下端之间由下至上安装有第三级二号轴承与第三级三号轴承，第三级驱动电机的输出轴由下至上地插入第三级驱动轮毂的中心孔内，并通过平键与第三级驱动轮毂相连接，第三级驱动电机与第三级下轴承座下端面相接触并采用螺栓连接固定，第三级驱动轮毂、第三级下轴承座以及第三级驱动电机输出轴的回转轴线和第三级转动支架从动装置中的第三级上轴承座、集电环及第三级从动轮毂的回转轴线共线。

技术方案中所述的第三级支架上支撑板、第三级支架侧支撑板与第三级支架下支撑板为平板类结构件。第三级支架上支撑板上加工有与第三级从动轮毂相配合的第三级从动轮毂通孔，在第三级从动轮毂通孔周围加工有上螺栓通孔，第三级支架下支撑板上加工有与第三级驱动轮毂相配合的第三级驱动轮毂通孔，在第三级驱动轮毂通孔周围加工有下螺栓通孔，第三级支架下支撑板右侧设置有固定连接转动支架配重块的通孔。第三级支架上支撑板左端与第三级支架侧支撑板上端以插槽的形式定位连接并使用螺栓固定；第三级支架下支撑板左端与第三级支架侧支撑板下端以插槽的形式定位连接并使用螺栓固定，第三级支架上支撑板与第三级支架下支撑板相互平行地位于第三级支架侧支撑板的同一侧，第三级支架上支撑板与第三级支架下支撑板同和第三级支架侧支撑板垂直，第三级支架上支撑板与第三级支架侧支撑板连接位置的前后端面螺栓固定有第三级支架上侧加强板，第三级支架下支撑板与第三级支架侧支撑板连接位置的前后端面螺栓固定有第三级支架下侧加强板。

技术方案中所述的第二级转动支架驱动装置包括第二级驱动电机、第二级轴承挡圈、第二级电机支座、Y轴校准激光发射器、第二级驱动轮毂、2个结构相同的第二级轴承与第二级轴承座。第二级轴承座的左端装入第三级转动支架总成中第三级支架侧支撑板上的第二级轴承座通孔内并采用螺栓连接固定，第二级驱动轮毂的右端圆环体装入第二级转动支架总成中第二级驱动板上的第二级驱动轮毂中心通孔内并采用螺栓固定连接，第二级驱动轮毂的左端采用2个结构相同的第二级轴承装入第二级轴承座的中心通孔内，第二级轴承挡圈套装在2个结构相同的第二级轴承的外侧，第二级驱动电机的右端面与第二级电机支座左端面相接触，第二级电机支座右端面与第三级转动支架总成中第三级支架侧支撑板的左端面相接触，采用螺栓将第三级支架侧支撑板、第二级电机支座及第二级驱动电机连接固定，第二级驱动电机的输出轴插入第二级驱动轮毂的中心孔内并通过平键与第二级驱动轮毂的中心孔连接，第二级电机输出轴的右侧安装有Y轴校准激光发射器，第二级驱动轮毂、第二级轴承座、Y轴校准激光发射器以及第二级驱动电机输出轴的回转轴线共线。

技术方案中所述的第一级转动支架驱动装置包括第一级驱动电机、第一级电机支座、第一级驱动轮毂、第一级轴承与第一级轴承挡圈。第一级驱动轮毂的上端插入第二级转动支架总成中的第二级支架一号侧板上的第一级驱动轮毂中心孔内，第一级驱动轮毂与第二级转动支架总成中的第二级一号支撑板上的第一级驱动轮毂中心孔之间安装有第一个第一级轴承，第一级驱动轮毂中的从第二级一号支撑板上的第一级驱动轮毂中心孔的伸出端安装有第一个第一级轴承挡圈，第一级驱动电机的底端面与第一级电机支座的上端面相接触，第一级电机支座的下端面和第二级转动支架总成中的第二级一号支撑板的上平面相接触，采用螺栓将第二级一号支撑板、第一级电机支座及第一级驱动电机连接固定，第一级驱动电机的输出轴插入第一级驱动轮毂的中心孔内为平键连接。

技术方案中所述的第一级转动支架从动装置包括X轴校准激光发射器、第一级从动轮毂、第二个第一级轴承及第二个第一级轴承挡圈。第一级从动轮毂下端插入第二级转动支架总成中的第二级二号支撑板上的第一级从动轮毂中心孔内，第一级从动轮毂与第二级转动支架总成中的第二级二号支撑板上的第一级从动轮毂中心孔之间安装有第二个第一级轴承，第一级从动轮毂的伸出端安装有第二个第一级轴承挡圈，第一级转动支架驱动装置中的第一级驱动轮毂、第一级从动轮毂及第一级转动支架驱动装置中的第一级驱动电机输出轴的回转轴线共线，第一级从动轮毂的上端安装有X轴校准激光发射器，X轴校准激光发射器的电源线从第一级从动轮毂中心孔中穿出。

技术方案中所述的浮动调整装置包括试验件固定板、四根结构相同的导向滑柱、顶柱卡簧与调整装置顶柱。所述的试验件固定板上加工有与四根结构相同的导向滑柱滑动配合的通孔，试验件固定板上加工有用于固定试验样件的固定孔，试验件固定板的右侧加工有凸台，凸台的中心处沿轴向加工有螺纹孔。所述的调整装置顶柱左端加工有与试验件固定板上的螺纹孔配合的外螺纹，外螺纹的右端连接着与第一级支架底板左侧平面相接触的轴肩，轴肩右侧的圆柱体上加工有用于固定顶柱卡簧的环槽，圆柱体右端加工有用于旋转调整装置顶柱的径向U形槽。四根结构相同的导向滑柱插入第一级支架底板上的四个结构相同的并成矩形分布的导向滑柱通孔内为过盈配合，调整装置顶柱的右端插入第一级支架底板的中心孔内，顶柱卡簧安装在调整装置顶柱上的环槽中，调整装置顶柱的左端插入试验件固定板右侧凸台上的螺纹孔中为螺纹连接。

技术方案中所述的电控部分包括第一级电机驱动器、第二级电机驱动器、集电环、第三级电机驱动器、一级编码器、二级编码器、三级编码器、工控机和计算机。计算机通过数据线与工控机连接，第一级电机驱动器与第二级电机驱动器的控制信号输入端与工控机的数字信号输出端电线连接，第三级电机驱动器的控制信号输入端与工控机的模拟信号输出端电线连接，第一级电机驱动器与第二级电机驱动器的控制信号输出端与集电环固定端导线连接，集电环与固定端引出导线相导通的转动端引出导线分别和机械部分中的第一级驱动电机与第二级驱动电机的控制信号输入端相连接，第三级电机驱动器的控制信号输出端与机械部分中的第三级驱动电机的控制信号输入端相连接，第一级驱动电机、第二级驱动电机与第三级驱动电机中依次安装有一级编码器、二级编码器与三级编码器，一级编码器与二级编码器的输出端与集电环转动端电线连接，集电环固定端与工控机模拟信号输入端相连，三级编码器的输出端直接与工控机的模拟信号输入端相连接，试验件固定板上的试验件的导线与集电环转动端导线连接。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1.本发明所述的三维运动试验装置将试验件的运动分别由三个轴线具有垂直关系的电机控制，可以非常方便的实现试验件的空间位置模拟、试验件空间转动模拟及试验件加速度模拟，并可进行试验件的相关标定。

2.本发明所述的三维运动试验装置上端安装有集电环，可通过导线将试验件与试验装置外部设备（如工控机、计算机）相连接，将试验件的信号实时传输到外部设备用于处理，若连接其他控制设备或执行装置，则可实现试验件的硬件在环试验。

3.本发明所述的三维运动试验装置一级底板上设计有浮动调整装置，结合试验装置上的X轴校准激光发射器、Y轴校准激光发射器和Z轴校准激光发射器发出的定位光束，可以实现试验件位置的精确定位，减小定位不准确造成的运动模拟误差。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1是本发明所述的三维运动试验装置中机械部分结构组成的主视图；

图2是本发明所述的三维运动试验装置中试验装置地脚结构组成的主视图；

图3是本发明所述的三维运动试验装置中第三级转动支架总成结构组成的主视图；

图4是本发明所述的三维运动试验装置中第三级转动支架从动装置结构组成的主视图；

图5是本发明所述的三维运动试验装置中第三级转动支架驱动装置结构组成的主视图；

图6是本发明所述的三维运动试验装置中第三级转动支架结构组成的主视图；

图7是本发明所述的三维运动试验装置中第二级转动支架总成结构组成的主视图；

图8是本发明所述的三维运动试验装置中第二级转动支架结构组成的主视图；

图9是本发明所述的三维运动试验装置中第二级转动支架驱动装置结构组成主视图上的剖视图；

图10是本发明所述的三维运动试验装置中第一级转动支架总成结构组成的主视图；

图11是本发明所述的三维运动试验装置中第一级转动支架、第一级转动支架驱动装置及第一级转动支架从动装置装配关系的主视图；

图12是本发明所述的三维运动试验装置中浮动调整装置的主视图；

图13是本发明所述的三维运动试验装置中电控部分结构组成的示意框图；

图14是本发明所述的三维运动试验装置三坐标系的示意框图；

图中：1.第一级电机驱动器，2.第二级电机驱动器，3.第三级转动支架从动装置，4.集电环，5.第一级驱动电机，6.第三级电机驱动器，7.试验装置机架，8.第一级转动支架总成，9.浮动调整装置，10.转动支架配重块，11.第三级转动支架驱动装置，12.第三级驱动电机，13.试验装置地脚，14.第二级转动支架总成，15.第二级转动支架驱动装置，16.第二级驱动电机，17.第三级转动支架总成，18.第三级上轴承座，19.第三级一号轴承，20.第三级从动轮毂，21.第一级电机支座，22.第一级驱动轮毂，23.第一级支架一号侧板，24.第一级支架底板，25.X轴校准激光发射器，26.第一级从动轮毂，27.第一级轴承，28.第一级轴承挡圈，29.试验样件，30.试验件固定板，31.导向滑柱，32.顶柱卡簧，33.调整装置顶柱，34.Z轴校准激光发射器，35.第三级驱动轮毂，36.第三级二号轴承，37.第三级三号轴承，38.第三级下轴承座，39.第二级驱动板，40.第二级一号支撑板，41.第二级二号支撑板，42.第二级轴承挡圈，43.第二级电机支座，44.Y轴校准激光发射器，45.第二级驱动轮毂，46.第二级轴承，47.第二级轴承座，48.第三级支架上支撑板，49.第三级支架上侧支撑板，50.第三级支架侧支撑板，51.第三级支架下支撑板，52.第三级支架下侧支撑板，53.第一级支架二号侧板，54.第三级转动支架，55第二级转动支架，56，第一级转动支架，57.第一级转动支架驱动装置，58.第一级转动支架从动装置，61.一级编码器，62.二级编码器，63.三级编码器，64.工控机，65.计算机，66.外部设备

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

参阅图1，本发明所述的三维运动试验装置由机械部分和电控部分组成，所述的机械部分包括有第一级转动支架总成8、第二级转动支架总成14、第三级转动支架总成17、试验装置机架7与转动支架配重块10。

所述的电控部分包括有第一级电机驱动器1、第二级电机驱动器2、集电环4、第三级电机驱动器6、一级编码器61、二级编码器62、三级编码器63、工控机64、计算机65和外部设备66。

参阅图1与图2，试验装置机架7为长方体框架式结构件，试验装置机架7四角的立柱下端加工有圆形凸台，在凸台下端的圆柱体上加工有矩形螺纹，试验装置机架7的顶部安装有顶板，试验装置机架7底部即四个立柱的圆形凸台的上方固定安装有底板，试验装置机架7四立柱下端即加工有矩形螺纹的圆柱体上安装有试验装置地脚13，试验装置地脚13的底端面放置在地基上为接触连接。试验装置地脚13的中心通孔内加工有与立柱下端圆柱体上矩形螺纹相配合的矩形螺纹，试验装置地脚13底端的外侧圆柱面的圆周方向均布有四个径向的盲孔，使用工具插入四个盲孔中可以旋转试验装置地脚13，使试验装置地脚13沿试验装置机架7四角立柱的轴向上下运动，即实现三维运动试验装置水平位置的调节。

电控部分中的第一级电机驱动器1、第二级电机驱动器2以及第三级电机驱动器6固定安装在试验装置机架7顶板的上平面上。

参阅图3，所述的第三级转动支架总成17包括有第三级转动支架从动装置3、第三级转动支架驱动装置11与第三级转动支架54。

参阅图4，第三级转动支架从动装置3包括第三级上轴承座18、第三级一号轴承19、第三级从动轮毂20与Z轴校准激光发射器34。

第三级转动支架从动装置3中的第三级上轴承座18的上端装入试验装置机架7中的顶板上的第三级上轴承座通孔中，第三级上轴承座18中的法兰盘的上端面与试验装置机架7顶板的底平面相接触，并采用螺栓连接固定。第三级转动支架从动装置3中第三级从动轮毂20中的下端装入第三级转动支架54中第三级支架上支撑板48上的第三级从动轮毂通孔中，第三级从动轮毂20中的法兰盘底面与第三级转动支架17中第三级支架上支撑板48的上端面相接触，并使用四个螺栓连接固定。第三级上轴承座18的下端与第三级从动轮毂20上端之间安装有第三级一号轴承19，第三级一号轴承19通过第三级上轴承座18中的轴肩与第三级从动轮毂20底端的圆环凸台实现轴向定位，所以第三级上轴承座18的下端与第三级从动轮毂20上端之间为转动连接。

集电环4是由直径不同的回转体内外套装而成的回转元件，直径较大的回转体上加工有法兰盘，作为集电环4的固定端，集电环4顶端引出一定数量相互绝缘的导线。直径较小的回转体由集电环4下端伸出，作为集电环的转动端，转动端的底端引出与顶端引出导线数量相同的导线，顶端引出导线与转动端底端引出导线一一对应导通。集电环4固定端的下端装入第三级上轴承座18的中心孔内，集电环4转动端安装入第三级从动轮毂20中心孔内，集电环4固定端的法兰盘的底面与试验装置机架7上支板的上端面相接触，并使用螺栓连接固定。集电环4转动端接线由第三级从动轮毂20的中心孔中穿出。在集电环4转动端底端面的中心处加工有一圆孔，圆孔中放置有Z轴校准激光发射器34，Z轴校准激光发射器34中心轴线与第三级驱动电机12的回转轴线共线，Z轴校准激光发射器34的接线端与集电环4转动端引出导线相连。

参阅图5，第三级转动支架驱动装置11包括第三级驱动电机12、第三级驱动轮毂35、第三级二号轴承36、第三级三号轴承37与第三级下轴承座38。

试验装置机架7的底板上加工有与第三级下轴承座38下端外圆柱面配装的第三级下轴承座通孔，第三级下轴承座通孔的周围均布有安装螺栓的四个螺纹通孔。第三级下轴承座38的下端装入试验装置机架7中的底板上的第三级下轴承座通孔中，第三级下轴承座38通过下端止口与试验装置机架7中的底板接触定位，第三级下轴承座38中的法兰盘的底端面与试验装置机架7中的底板的顶端面相接触，并使用六个螺栓连接固定。第三级下轴承座38中心孔的上部加工有用于安装推力球型的第三级三号轴承37的环形槽，第三级三号轴承37轴承外环的底端面与环形槽的槽底面接触，第三级三号轴承37轴承外环的外圆面与环形槽外侧圆柱面接触定位，第三级三号轴承37用于承受三维运动装置的垂向重力。环形槽的内侧偏下的位置加工有用于安装深沟球型的第三级二号轴承36的二号轴承孔，第三级二号轴承36轴承外环的外圆柱面和底端面与第三级下轴承座38的中心孔（即安装深沟球型的第三级二号轴承36的二号轴承孔）内止口接触定位，用于承受三维运动装置运动时的离心惯性力。

第三级驱动轮毂35的上端装入第三级转动支架17中第三级支架下支撑板51上的第三驱动轮毂通孔内，第三级驱动轮毂35的法兰盘的顶端面与第三级转动支架17中第三级支架下支撑板51的底端面相接触，并使用四个螺栓连接固定。第三级下轴承座38的上端与插入其内孔之中的第三级驱动轮毂35的下端之间由下至上安装有第三级二号轴承36与第三级三号轴承37，第三级驱动轮毂35下端外圆柱面与第三级二号轴承36内孔为过渡配合，传递装置离心惯性力，第三级驱动轮毂35通过法兰盘下端面及止口与第三级三号轴承37轴承内环的上端接触传力，所以第三级下轴承座38与插入其内孔之中的第三级驱动轮毂35之间为转动连接。第三级驱动电机12的输出轴由下至上地插入第三级驱动轮毂35的中心孔内，并通过平键与第三级驱动轮毂35相连接。第三级驱动电机12的上端面与第三级下轴承座38下端面相接触，并使用4个螺栓连接固定。第三级上轴承座18、集电环4、第三级从动轮毂20、第三级驱动轮毂35、第三级下轴承座38以及第三级驱动电机12输出轴的回转轴线共线，该回转轴线构成三维运动试验装置的Z轴。

参阅图6，第三级转动支架54包括第三级支架上支撑板48、第三级支架上侧加强板49、第三级支架侧支撑板50、第三级支架下支撑板51和第三级支架下侧加强板52，第三级支架上支撑板48、第三级支架侧支撑板50与第三级支架下支撑板51为平板类结构件。

第三级支架上支撑板48上加工有与第三级从动轮毂20相配合的第三级从动轮毂通孔，在第三级从动轮毂通孔周围的圆周方向加工有用于连接螺栓的上螺栓通孔。第三级支架下支撑板51上加工有与第三级驱动轮毂35相配合的第三级驱动轮毂通孔，在第三级驱动轮毂通孔周围的圆周方向加工有用于连接螺栓的下螺栓通孔。第三级支架下支撑板51右侧设置有固定连接转动支架配重块10的通孔，固定在第三级支架下支撑板51右侧的转动支架配重块10用于平衡第一级转动支架总成8、第二级转动支架总成14与第三级转动支架总成17的不平衡质量。

第三级支架上支撑板48左端与第三级支架侧支撑板50上端以插槽的形式定位，并使用螺栓固定连接。第三级支架下支撑板51左端与第三级支架侧支撑板50下端以插槽的形式定位，并使用螺栓固定连接。第三级支架上支撑板48与第三级支架下支撑板51相互平行地位于第三级支架侧支撑板50的同一(右)侧，第三级支架上支撑板48与第三级支架下支撑板51同和第三级支架侧支撑板50垂直。

第三级支架上支撑板48与第三级支架侧支撑板50相连接位置的前后两端面上分别加工有螺纹孔，两个三角形状的第三级支架上侧加强板49分别通过螺栓与第三级支架上支撑板48及第三级支架侧支撑板50的前后端面连接固定，起到增加第三级转动支架54的刚度作用。第三级支架下支撑板51和第三级支架侧支撑板50相连接位置的前后两端面上分别加工有螺纹孔，两个三角形状的第三级支架下侧加强板52分别通过螺栓和第三级支架下支撑板51及第三级支架侧支撑板50的前后端面连接固定，起到增加第三级转动支架54的刚度作用。

参阅图7，所述的第二级转动支架总成14包括第二级转动支架与第二级转动支架驱动装置15。

参考图8，所述的第二级转动支架55包括第二级驱动板39、第二级一号支撑板40和第二级二号支撑板41。

第二级一号支撑板40上加工有用于固定安装第一个第一级轴承27的内孔，并在内孔周围加工有用于连接固定第一级电机5和第一级电机支座21的四个螺栓的螺纹孔。第二级二号支撑板41上加工有用于固定安装另一个第一级轴承27的内孔。第二级驱动板39中心加工有安装第二级驱动轮毂45右端的第二级驱动轮毂通孔，并在第二级驱动轮毂通孔周围的圆周方向均布有用于连接第二级驱动轮毂45的四个沉头螺栓通孔。

第二级一号支撑板40与第二级二号支撑板41结构相同，第二级一号支撑板40、第二级二号支撑板41和第二级驱动板39均为平板类结构件。第二级一号支撑板40左端与第二级驱动板39上端以插槽的形式连接定位，并使用螺栓固定连接。第二级二号支撑板41左端与第二级驱动板39下端以插槽的形式连接定位，并使用螺栓固定连接。第二级一号支撑板40与第二级二号支撑板41相互平行地位于第二级驱动板39的同一（右）侧，第二级一号支撑板40与第二级二号支撑板41同和第二级驱动板39垂直。

参阅图9，第二级转动支架驱动装置15包括第二级驱动电机16、第二级轴承挡圈42、第二级电机支座43、Y轴校准激光发射器44、第二级驱动轮毂45、2个结构相同的第二级轴承46与第二级轴承座47。

第二级轴承座47的左端装入第三级转动支架总成17中第三级支架侧支撑板50上的第二级轴承座通孔内为过渡配合，使第二级轴承座47右端的法兰盘的左端面与第三级支架侧支撑板50的右端面接触定位，并使用四个螺栓将第二级轴承座47固定连接在第三级支架侧支撑板50上。第二级驱动轮毂45最左端加工有用于连接第二级轴承挡圈42的外螺纹，外螺纹的右侧为与2个结构相同的第二级轴承46内孔过渡配合的圆柱体，圆柱体的右端加工有凸台，凸台左端面与第二级轴承挡圈42的右端面一同限制了2个结构相同的第二级轴承46的轴向位置。凸台右侧设置有法兰盘，法兰盘上加工有圆周方向均布的四个螺纹通孔，第二级驱动轮毂45通过法兰盘与右侧的圆环体所形成止口与第二级驱动板39接触定位。第二级驱动轮毂45的右端圆环体装入第二级转动支架总成14中第二级驱动板39上的第二级驱动轮毂中心通孔内，第二级驱动轮毂45上的法兰盘右端面与第二级转动支架14中第二级驱动板39左平面接触，并采用四个内六角螺栓固定连接。第二级驱动轮毂45的左端装入第二级轴承座47的中心通孔内，并采用结构相同的两个角接触型的第二级轴承46安装在第二级轴承座47的中心通孔内，两个角接触型的第二级轴承46采用反向安装方式，第二级驱动轮毂45与第二级轴承座47成转动连接，第二级轴承挡圈42套装在两个角接触型的第二级轴承46的外侧，即第二级轴承挡圈42套装在第二级驱动轮毂45的左端，第二级轴承挡圈42的右端面与左侧轴承的左端面相接触，实现了2个结构相同的第二级轴承46在第二级驱动轮毂45左端的轴向定位。第二级驱动电机16的右端面与加工有中心圆孔的长方体形的第二级电机支座43左端面相接触，第二级电机支座43右端面与第三级转动支架总成17中第三级支架侧支撑板50的左端面相接触，使用四个螺栓将第三级支架侧支撑板50、第二级电机支座43及第二级驱动电机16连接固定。第二级驱动电机16的输出轴插入第二级驱动轮毂45的中心孔内为过渡配合，并通过平键与第二级驱动轮毂45的中心孔连接固定。第二级电机16输出轴的右侧安装有Y轴校准激光发射器44，Y轴校准激光发射器44外圆柱面与第二级驱动轮毂45的中心孔接触配合，Y轴校准激光发射器44的接线从键槽处引出，并与集电环4转动端引出导线相连。第二级驱动轮毂45、第二级轴承座47、Y轴校准激光发射器44以及第二级驱动电机16输出轴的回转轴线共线，该回转轴线构成三维运动试验装置的Y轴。

在第二级驱动板39和第三级支架侧支撑板50上分别加工有尺寸相同的两定位销孔，旋转第二级转动支架55，当第一级驱动电机5轴线和第三级驱动电机12轴线垂直时，两销孔同轴，此时穿入一根与定位销孔过渡配合的第二级转动支架定位销，可将第二级转动支架固定，作为试验前的定位基准。

参阅图10，所述的第一级转动支架总成8包括有第一级转动支架驱动装置57、第一级转动支架从动装置58、第一级转动支架56与浮动调整装置9。

参阅图11，所述的第一级转动支架驱动装置57包括第一级驱动电机5、第一级电机支座21、第一级驱动轮毂22、第一级轴承27与第一级轴承挡圈28；所述的第一级转动支架从动装置58包括X轴校准激光发射器25、第一级从动轮毂26、另一个第一级轴承27、另一个第一级轴承挡圈28；所述的第一级转动支架56包括第一级支架一号侧板23、第一级支架底板24与第一级支架二号侧板53。其中：第一级支架一号侧板23与第一级支架二号侧板53结构相同，为平板类结构件。第一级支架一号侧板23右端与第一级支架底板24上端以插槽的形式定位，并使用螺栓固定连接。第一级支架二号侧板53右端与第一级支架底板24下端以插槽的形式定位，并使用螺栓固定连接。第一级支架一号侧板23与第一级支架二号侧板53相互平行地位于第一级支架底板24的同一（左）侧，第一级支架一号侧板23与第一级支架二号侧板53同和第一级支架底板24垂直。

第一级驱动轮毂22的上端插入第二级转动支架总成14中的第二级支架一号侧板40上的第一级驱动轮毂中心孔内，第一级驱动轮毂22与第二级转动支架14中的第二级一号支撑板40上的第一级驱动轮毂中心孔之间安装有第一个第一级轴承27，第一级驱动轮毂22与第二级转动支架总成14中的第二级一号支撑板40之间为转动连接，第一级驱动轮毂22上的下轴肩与第一个第一级轴承27内环的底端面相接触，第一级驱动轮毂22中的从第二级一号支撑板40上的第一级驱动轮毂中心孔的伸出端安装有第一个第一级轴承挡圈28，第一个第一级轴承挡圈28的底端面与第一级轴承27内环的顶端面相接触，实现第一级驱动轮毂22在第二级一号支撑板40上的轴向定位。第一级轴承27为角接触式球轴承，采用反向安装配对使用。第一级驱动电机5的下端面与加工有中心圆孔的长方体形的第一级电机支座21的上端面相接触，第一级电机支座21的下端面和第二级转动支架总成14中的第二级一号支撑板40上平面相接触，使用四个螺栓将第二级一号支撑板40、第一级电机支座21及第一级驱动电机5连接固定。第一级驱动电机5的输出轴插入第一级驱动轮毂22的中心孔内为过渡配合，并通过平键与第一级驱动轮毂22相连接传递旋转运动。

第一级从动轮毂26下端插入第二级转动支架总成14中的第二级二号支撑板41上的第一级从动轮毂中心孔内，第一级从动轮毂26与第二级转动支架14中的第二级二号支撑板41上的第一级从动轮毂中心孔之间安装有第二个第一级轴承27，第一级从动轮毂26与第二级转动支架14中的第二级二号支撑板41之间为滚动连接，第一级从动轮毂26上的上轴肩与第一级轴承27内环的顶端面相接触，第一级从动轮毂26的伸出端即从第二级二号支撑板41上的第一级从动轮毂中心孔的伸出端安装有另一个第一级轴承挡圈28，另一个第一级轴承挡圈28的顶端面与第一级轴承27内环的底端面相接触，实现第一级从动轮毂26在第二级二号支撑板41上的轴向定位。第一级转动支架驱动装置中的第一级驱动轮毂22、第一级从动轮毂26及第一级转动支架驱动装置中的第一级驱动电机5输出轴的回转轴线共线，该回转轴线构成三维运动试验装置的X轴。第一级从动轮毂26的上端安装有X轴校准激光发射器25，X轴校准激光发射器25的外圆柱面与第一级支架二号侧板53上的内孔接触配合，X轴校准激光发射器25的电源线从第一级从动轮毂26中心孔中穿过，并与集电环4转动端引出导线相连。

参阅图12，第一级转动支架56中的第一级支架底板24上安装有浮动调整装置9。所述的浮动调整装置9包括试验件固定板30、四根结构相同的导向滑柱31、顶柱卡簧32和调整装置顶柱33。图中双点划线示为试验样件29。

四根结构相同的导向滑柱31插入第一级支架底板24上的四根结构相同的并成矩形分布的导向滑柱通孔内，四根结构相同的导向滑柱31的外圆柱面与第一级支架底板24上的四根结构相同的导向滑柱通孔之间为过盈配合，四根结构相同的导向滑柱31的端部凸台的左端面与第一级支架底板24的右端面为接触连接。用于固定试验样件29的试验件固定板30上加工有与四根结构相同的导向滑柱31滑动配合的通孔，且试验件固定板30上加工有用于固定试验样件29的固定孔。试验件固定板30的右侧加工有凸台，凸台的右端面用于与调整装置顶柱33轴肩接触产生行程限位，凸台中心处沿轴向加工有螺纹孔。调整装置顶柱33一（左）端加工有与试验件固定板30螺纹孔配合的外螺纹，外螺纹的右端连接着轴肩，轴肩右平面与第一级支架底板24左平面接触，轴肩右侧的圆柱体上加工有用于固定顶柱卡簧32的环槽，圆柱体的右端面上加工有用于旋转调整装置顶柱33的径向U形槽。调整装置顶柱33的右端插入第一级支架底板24的中心孔内，顶柱卡簧32安装在调整装置顶柱33上的环槽中，顶柱卡簧32和调整装置顶柱33的轴肩一起实现调整装置顶柱33在第一级支架底板24上的轴向固定，调整装置顶柱33的左端插入试验件固定板30右侧凸台上的螺纹孔中为螺纹连接。

在第一级支架一号侧板23和第二级二号支撑板41上分别加工有尺寸相同的两定位销孔，旋转第一级转动支架56，当试验件固定板30上平面与第三级驱动电机12轴线（Z轴）垂直时，两销孔同轴，此时穿入一根与销孔过渡配合的第一级转动支架定位销，可将第一级转动支架固定，作为试验前的定位基准。

参阅图1，所述的第三级转动支架总成17中的第三级转动支架54中的第三级支架上支撑板48通过第三级转动支架从动装置3与试验装置机架7的顶板转动连接，第三级支架下支撑板51通过第三级转动支架驱动装置11与试验装置机架7的底板转动连接，转动支架配重块10固定在第三级支架下支撑板51的右端。所述的第二级转动支架总成14中的第二级转动支架中的第二级驱动板39通过第二级转动支架驱动装置15和第三级转动支架总成17中的第三级支架侧支撑板50转动连接。第一级转动支架总成8中的第一级支架一号侧板23通过第一级转动支架驱动装置和第二级转动支架总成14中的第二级一号支撑板40转动连接，第一级支架二号侧板53通过第一级转动支架从动装置和第二级转动支架总成14中的第二级二号支撑板41转动连接，浮动调整装置9安装在第一级支架底板24上。

参阅图13，三维运动试验装置的电控部分包括第一级电机驱动器1、第二级电机驱动器2、集电环4、第三级电机驱动器6、一级编码器61、二级编码器62、三级编码器63、工控机64、计算机65和外部设备66。

其中工控机64选用研华PCL-818L型工控机，具有16路数字信号输入、16路数字信号输出、1路模拟信号输出、16路模拟信号输入。第一级驱动电机5选用安特科34HS系列步进电机，与之配套的第一级电机驱动器1型号为DQ2722M。第二级驱动电机选用安特科42HS系列步进电机，与之配套的第二级电机驱动器2型号为DC24RT10BL。第三级驱动电机12选用济南科亚公司直流电机，与之配套的第三级电机驱动器6型号为MMT-DC36DPS20AL。

计算机65通过数据线与工控机64相连，第一级电机驱动器1与第二级电机驱动器2的控制信号输入端与工控机64的数字信号输出端电线连接，共连接工控机64的六个数字信号输出端。第三级电机驱动器6的控制信号输入端与工控机64的模拟信号输出端相连，连接工控机64的一个模拟信号输出端。第一级电机驱动器1和第二级电机驱动器2的控制信号输出端与集电环4固定端引出导线相连，集电环4与固定端引出导线相导通的转动端引出导线分别和机械部分中的第一级驱动电机5与第二级驱动电机16的控制信号输入端相连接。第三级电机驱动器6的控制信号输出端通过导线直接与机械部分中的第三级驱动电机12的控制信号输入端相连接。第一级驱动电机5、第二级驱动电机16与第三级驱动电机12中依次安装有一级编码器61、二级编码器62、三级编码器63，三个编码器可测量三个电机的实际转角和转速，从而获得机械部分的实际运动情况，并通过信号输出端输出信号。一级编码器61和二级编码器62的输出端通过导线与集电环4转动端导线相连接，集电环4与转动端引出导线相导通的固定端引出导线与工控机64模拟信号输入端相连。三级编码器63的输出端直接与工控机64的模拟信号输入端相连接。试验件固定板30上的试验件29的导线与集电环4转动端引出导线连接，集电环4与转动端引出导线相导通的固定端引出导线根据需要分别与工控机64以及所需电源相连，用于传输信号和供电。工控机64可以通过连线与其他外部设备66，如数据采集控制系统相连，可进行更复杂的联合仿真或硬件在环试验，具体连接方式和接口依实际情况而定。

三维运动试验装置调平过程：

为保证三维运动试验装置准确模拟空间运动，在使用之前首先要对试验装置进行调平。装置的加工工艺保证了试验装置三个运动轴线相互垂直并相交于一点，当校准一个轴线方向时，即可满足试验要求，在此调平主要保证与Z轴垂直的平面为水平平面。

首先在试验装置机架7下支板上表面平行机架边缘防止一个水平尺，通过水平尺上试管中气泡的位置判断该平面两侧竖直方向的位置高低。若某试管中的气泡偏向一方，则该方向上的位置偏高，通过旋转该方向对应的试验装置地脚13，结合矩形螺纹产生试验装置地脚13的轴向运动，改变试验装置平面的角度，反复调整，直至水平尺各方向试管中的气泡位于正中位置，则试验装置已水平。此时第三级驱动电机12轴线方向竖直向上，在使用相应的转动支架定位销定位之后，第一级驱动电机5轴线和第二级驱动电机16轴线均水平且相互垂直，试验件固定板30上表面水平。

试验件位置校正：

为使三维运动装置产生的运动与试验件获得的运动状况相同，需使试验件中的部分传感器的转动中心及三个转动轴线与试验装置的转动中心和转动轴线重合。

根据试验件的相关参数，在试验件表面标出内部传感器转动中心位置以及三个方向轴线位置。将试验件与自身Z’轴线垂直的平面朝下放置在试验件固定板30上，打开X轴校准激光发射器25、Y轴校准激光发射器44和Z轴校准激光发射器34，观察投射在试验件表面上的光斑与标记出的转动中心的位置关系。转动调整装置顶柱33，将试验件29的转动中心标记调整到与X轴光斑等高位置，然后在试验件固定板30上移动试验件，直至试验件29上端面上的标记与Z轴光斑重合。以Z轴为轴缓慢转动试验件29，直至试验件29侧面的标记与Y轴光斑重合，且试验件的水平面内转动轴线分别与试验装置的X轴、Y轴重合。最后检查X轴光斑与试验件侧面标记重合程度，进行位置微调。三方向均调整到位后，将试验件29与试验件固定板30使用夹具固定，具体固定装置依实际情况而定。

试验件位置校正后即可进行试验台试验。

参考图14，首先设定三维运动试验装置的三个空间坐标系。其中O'X'Y'Z'为试验件自身坐标系，试验件位置校正之后，坐标系原点O'固定于试验件29传感器转动中心。Z'轴过O'且垂直于试验件固定板30上平面，向上为正。Z'过O'平行于第一级驱动电机5轴线，以远离电机方向为正。Y'过O'，平行于试验件固定板30上平面，垂直于X'轴，并符合右手定则。试验件自身坐标系固定于试验件，随着试验件运动而变化。

为地面坐标系，试验件调平时，固定于地面某点，方向与调平时试验件自身坐标系平行，且通过点，地面坐标系也是绝对坐标系，不随电机转动和试验件运动而变化。

OXYZ为试验台坐标系，O为三个电机轴线的交点，X轴过O点且与第一级驱动电机5轴线同轴，定背离电机方向为X轴正向。Y轴过O点且与第二级驱动电机16轴线同轴，定背离电机方向为Y轴正向。Z轴过O点且与第三级电机12轴线同轴，定背离电机方向为Z轴正向。在运动过程中，Y轴和Z轴始终垂直，Y轴和X轴始终垂直，但Z轴与X轴不一定垂直，该坐标系用于描述实验装置三个驱动电机的转动情况。

试验件29空间位置模拟：

第一级驱动电机5和第二级驱动电机16的轴线始终垂直，第二级驱动电机16和第三级驱动电机12轴线始终垂直，因此对三个电机分别进行转角控制，可以实现试验件空间上的任意位置控制。仅控制第一级驱动电机5和第二级驱动电机16转角，可用于陀螺仪及类似试验件的静态标定和试验，结合第三级驱动电机12转角控制，可用于电子罗盘及类似试验件的标定和试验。

首先，用户在计算机65中使用仿真软件，如Mat l ab/S imulink，进行具有空间位置模拟仿真功能的模型搭建，通过计算机65与工控机64之间的网线将仿真模型下载到工控机64中；然后，通过工控机64进行模型的运算，将运算产生的三个电机控制信号通过信号输出端分别输出给第一级电机驱动器1、第二级电机驱动器2、第三级电机驱动器6。其中对于第三级电机驱动器6，在单端模拟电压速度控制模式下，通过与第三级电机驱动器6相连的模拟信号输出端输出模拟电压信号，控制第三级电机驱动器6。对于第一级电机驱动器1和第二级电机驱动器2，通过与其相连的六个数字信号输出端输出脉冲信号、使能信号和方向信号，控制第一级电机驱动器1和第二级电机驱动器2。

三个电机驱动器将输入的信号处理成对应电机的驱动信号，按图13所示的连接关系分别传输给第一级驱动电机5、第二级驱动电机16和第三级驱动电机12。三个驱动电机带动试验装置运动后，连接在第一级驱动电机5、第二级驱动电机16及第三级驱动电机12上的一级编码器61、二级编码器62和三级编码器63测量出电机及试验装置的实际转角，并通过信号输出端实时输出，按图13所示的连接关系传输给工控机64。工控机64采集三个编码器的信号，使用这些信号进行三维运动试验装置的反馈控制，同时将信号通过数据线传输给计算机65，用于试验数据处理及运算。工控机64也可根据模型仿真需要和计算机65指令要求，将信号传输给外部设备66。

试验件29中的传感器信号及其它信号通过试验件29输出端导线经由集电环4传输给工控机64，由工控机64处理之后通过数据线传输给计算机65以及外部设备66，用于相应的试验或标定。

试验件29转动速度模拟：

在试验台坐标系中，设第一级驱动电机转动角度为φ₁（φ₁＜360°），转动角速度为ω_x。第二级驱动电机转动角度为φ₂（φ₂＜360°），转动角速度为ω_y第三级驱动电机转动角速度为ω_z。

由于坐标系的选取不同，试验装置对于转动速度的模拟分为两种。

1.控制三个驱动电机带动试验装置实现空间转动，采集三个编码器信号由以下公式可计算出试验件自身坐标系中获得的角速度信号。

ω’_x=ω_x-ω_z·sinφ₂

ω’_y=ω_y·cosφ₁+ω_z·cosφ₂·sinφ₁

ω’_z=-ω_y·sinφ₁+ω_z·cosφ₂·cosφ₁

其中，ω’_x、ω’_y、ω_z’为试验件在O'X'Y'Z'坐标系中，绕X’轴X’、Y’轴和Z’轴的角速度。

使用获得的角速度信号与试验件的输出信号进行比较，可对试验件进行标定。也可利用此换算关系实现针对试验件29中传感器的空间转动信号的模拟，进行硬件在环仿真。

2.控制三个驱动电机带动试验装置实现空间转动，采集编码器信号由以下公式可计算出地面坐标系中获得的角速度信号。

$\stackrel{\‾}{{\mathrm{\ω}}_x}={\mathrm{\ω}}_x\·\cos {\mathrm{\φ}}_2$

$\stackrel{\‾}{{\mathrm{\ω}}_y}={\mathrm{\ω}}_y$

$\stackrel{\‾}{{\mathrm{\ω}}_z}={\mathrm{\ω}}_z-{\mathrm{\ω}}_x\·\sin {\mathrm{\φ}}_2$

式中为试验件在地面坐标系中绕轴、轴和轴的角速度。

由该换算关系得到的信号为试验件在地面坐标系中实际转动的运动信号，使用该信号，可在不考虑试验件29获得信号的情况下，进行试验件29所在系统对于实际转动的响应等相关硬件在环试验。

进行试验件转动速度模拟时的工作过程与进行位置模拟时的工作过程相同。区别在于计算机65下载到工控机64中的是具有转速模拟功能的模型，模型中需对三电机进行转速控制，控制信号类型如前所述，对信号的控制方法通过计算机65软件建模实现。由编码器实时传输给工控机64的信号将处理成驱动电机的转角信号和转速信号，该信号一方面可用于三维运动试验装置的运动控制，另一方面可用于外部设备66。

试验件29加速度模拟：

在某些情况下，试验件29的目标运动会产生惯性力，使某些类型试验件中的传感器产生轴向加速度信号，因此在试验中，需通过试验件空间位置模拟产生轴向加速度。

本专利所述的三维运动试验装置可完成对试验件向量和小于等于重力加速度的单轴或多轴的加速度状态仿真。

控制三个驱动电机带动试验装置实现空间转动，采集编码器信号由以下公式可计算出试验件传感器获得的加速度信号。该信号可用于试验件运动状态仿真和加速度传感器的标定。

a’_x＝g·sinφ₂

a’_y＝-g·cosφ₂·sinφ₁

a’_z＝-g·cosφ₂·cosφ₁

式中a’_x  a’_y  a’_z为试验件在试验件坐标系中获得的X’轴、Y’轴和Z’轴加速度。

进行试验件加速度模拟时的工作过程与进行位置模拟时的工作过程相同。区别在于计算机65下载到工控机64中的是具有加速度模拟功能的模型，需对三电机进行转角控制。

将试验件加速度模拟与第一种转动速度模拟、试验件位置模拟相结合，可以较为全面的模拟试验件的目标运动状态，完成相应的硬件在环试验。

Claims (8)

1.一种三维运动试验装置，由机械部分和电控部分组成，所述的机械部分包括有正方形框架式结构的试验装置机架(7)、第三级转动支架总成(17)、第二级转动支架总成(14)、转动支架配重块(10)与第一级转动支架总成(8)；所述的正方形框架式结构的试验装置机架(7)四角的立柱下端加工有圆形凸台，凸台下端的圆柱体上螺纹连接有放置在地基上的试验装置地脚(13)，试验装置机架(7)的顶部安装有顶板，试验装置机架(7)底部即在四个立柱的圆形凸台的上方固定安装有底板；所述的第三级转动支架总成(17)包括有第三级转动支架从动装置(3)、第三级转动支架驱动装置(11)与第三级转动支架(54)，第三级转动支架(54)包括有第三级支架上支撑板(48)、第三级支架侧支撑板(50)与第三级支架下支撑板(51)，第三级支架上支撑板(48)通过第三级转动支架从动装置(3)与试验装置机架(7)的顶板转动连接，第三级支架下支撑板(51)通过第三级转动支架驱动装置(11)与试验装置机架(7)的底板转动连接，转动支架配重块(10)固定在第三级支架下支撑板(51)的右端；所述的第二级转动支架总成(14)包括第二级转动支架(55)与第二级转动支架驱动装置(15)，第二级转动支架(55)包括第二级驱动板(39)、第二级一号支撑板(40)和第二级二号支撑板(41)，第二级转动支架(55)中的第二级驱动板(39)通过第二级转动支架驱动装置(15)和第三级转动支架总成(17)中的第三级支架侧支撑板(50)转动连接；第一级转动支架总成(8)包括有第一级转动支架驱动装置(57)、第一级转动支架从动装置(58)、第一级转动支架(56)与浮动调整装置(9)，所述的第一级转动支架(56)包括第一级支架一号侧板(23)、第一级支架底板(24)与第一级支架二号侧板(53)，第一级支架一号侧板(23)通过第一级转动支架驱动装置(57)和第二级转动支架总成(14)中的第二级一号支撑板(40)转动连接，第一级支架二号侧板(53)通过第一级转动支架从动装置(58)和第二级转动支架总成(14)中的第二级二号支撑板(41)转动连接，浮动调整装置(9)安装在第一级支架底板(24)上；其特征在于，所述的第三级转动支架从动装置(3)包括第三级上轴承座(18)、第三级一号轴承(19)、第三级从动轮毂(20)与Z轴校准激光发射器(34)；

第三级上轴承座(18)的上端装入试验装置机架(7)中顶板上的第三级上轴承座通孔中并采用螺栓连接固定，第三级从动轮毂(20)的下端装入第三级支架上支撑板(48)上的第三级从动轮毂通孔中并采用螺栓连接固定，第三级上轴承座(18)的下端与第三级从动轮毂(20)上端之间安装有第三级一号轴承(19)成转动连接，电控部分中的集电环(4)固定端的下端装入第三级上轴承座(18)的中心孔内，集电环(4)转动端装入第三级从动轮毂(20)中心孔内，集电环(4)的法兰盘的底面与试验装置机架(7)的顶板的上端面相接触并采用螺栓连接固定，Z轴校准激光发射器(34)安装在集电环(4)转动端底端面的中心圆孔内，Z轴校准激光发射器(34)的接线端与集电环(4)电线连接。

2.按照权利要求1所述的三维运动试验装置，其特征在于，所述的第三级转动支架驱动装置(11)包括第三级驱动电机(12)、第三级驱动轮毂(35)、第三级二号轴承(36)、第三级三号轴承(37)与第三级下轴承座(38)；

第三级下轴承座(38)的下端装入试验装置机架(7)中的底板上的第三级下轴承座通孔中并采用螺栓连接固定，第三级驱动轮毂(35)的上端装入第三级支架下支撑板(51)上的第三级驱动轮毂通孔内并采用螺栓连接固定，第三级下轴承座(38)的上端与插入其内孔之中的第三级驱动轮毂(35)的下端之间由下至上安装有第三级二号轴承(36)与第三级三号轴承(37)，第三级驱动电机(12)的输出轴由下至上地插入第三级驱动轮毂(35)的中心孔内，并通过平键与第三级驱动轮毂(35)相连接，第三级驱动电机(12)与第三级下轴承座(38)下端面相接触并采用螺栓连接固定，第三级驱动轮毂(35)、第三级下轴承座(38)以及第三级驱动电机(12)输出轴的回转轴线和第三级转动支架从动装置(3)中的第三级上轴承座(18)、集电环(4)及第三级从动轮毂(20)的回转轴线共线。

3.按照权利要求1所述的三维运动试验装置，其特征在于，所述的第三级支架上支撑板(48)、第三级支架侧支撑板(50)与第三级支架下支撑板(51)为平板类结构件；

第三级支架上支撑板(48)上加工有与第三级从动轮毂(20)相配合的第三级从动轮毂通孔，在第三级从动轮毂通孔周围加工有上螺栓通孔，第三级支架下支撑板(51)上加工有与第三级驱动轮毂(35)相配合的第三级驱动轮毂通孔，在第三级驱动轮毂通孔周围加工有下螺栓通孔，第三级支架下支撑板(51)右侧设置有固定连接转动支架配重块(10)的通孔；

第三级支架上支撑板(48)左端与第三级支架侧支撑板(50)上端以插槽的形式定位连接并使用螺栓固定；第三级支架下支撑板(51)左端与第三级支架侧支撑板(50)下端以插槽的形式定位连接并使用螺栓固定，第三级支架上支撑板(48)与第三级支架下支撑板(51)相互平行地位于第三级支架侧支撑板(50)的同一侧，第三级支架上支撑板(48)与第三级支架下支撑板(51)同和第三级支架侧支撑板(50)垂直，第三级支架上支撑板(48)与第三级支架侧支撑板(50)连接位置的前后端面螺栓固定有第三级支架上侧加强板(49)，第三级支架下支撑板(51)与第三级支架侧支撑板(50)连接位置的前后端面螺栓固定有第三级支架下侧加强板(52)。

4.按照权利要求1所述的三维运动试验装置，其特征在于，所述的第二级转动支架驱动装置(15)包括第二级驱动电机(16)、第二级轴承挡圈(42)、第二级电机支座(43)、Y轴校准激光发射器(44)、第二级驱动轮毂(45)、2个结构相同的第二级轴承(46)与第二级轴承座(47)；

第二级轴承座(47)的左端装入第三级支架侧支撑板(50)上的第二级轴承座通孔内并采用螺栓连接固定，第二级驱动轮毂(45)的右端圆环体装入第二级驱动板(39)上的第二级驱动轮毂中心通孔内并采用螺栓固定连接，第二级驱动轮毂(45)的左端采用2个结构相同的第二级轴承(46)装入第二级轴承座(47)的中心通孔内，第二级轴承挡圈(42)套装在2个结构相同的第二级轴承(46)的外侧，第二级驱动电机(16)的右端面与第二级电机支座(43)左端面相接触，第二级电机支座(43)右端面与第三级支架侧支撑板(50)的左端面相接触，采用螺栓将第三级支架侧支撑板(50)、第二级电机支座(43)及第二级驱动电机(16)连接固定，第二级驱动电机(16)的输出轴插入第二级驱动轮毂(45)的中心孔内并通过平键与第二级驱动轮毂(45)的中心孔连接，第二级驱动电机(16)输出轴的右侧安装有Y轴校准激光发射器(44)，第二级驱动轮毂(45)、第二级轴承座(47)、Y轴校准激光发射器(44)以及第二级驱动电机(16)输出轴的回转轴线共线。

5.按照权利要求1所述的三维运动试验装置，其特征在于，所述的第一级转动支架驱动装置(57)包括第一级驱动电机(5)、第一级电机支座(21)、第一级驱动轮毂(22)、第一级轴承(27)与第一级轴承挡圈(28)；

第一级驱动轮毂(22)的上端插入第二级一号支撑板(40)上的第一级驱动轮毂中心孔内，第一级驱动轮毂(22)与第二级一号支撑板(40)上的第一级驱动轮毂中心孔之间安装有第一个第一级轴承(27)，第一级驱动轮毂(22)中的从第二级一号支撑板(40)上的第一级驱动轮毂中心孔的伸出端安装有第一个第一级轴承挡圈(28)，第一级驱动电机(5)的下端面与第一级电机支座(21)的上端面相接触，第一级电机支座(21)的下端面和第二级转动支架总成(14)中的第二级一号支撑板(40)上平面相接触，采用螺栓将第二级一号支撑板(40)、第一级电机支座(21)及第一级驱动电机(5)连接固定，第一级驱动电机(5)的输出轴插入第一级驱动轮毂(22)的中心孔内为平键连接。

6.按照权利要求5所述的三维运动试验装置，其特征在于，所述的第一级转动支架从动装置(58)包括X轴校准激光发射器(25)、第一级从动轮毂(26)、第二个第一级轴承(27)及第二个第一级轴承挡圈(28)；

第一级从动轮毂(26)下端插入第二级转动支架总成(14)中的第二级二号支撑板(41)上的第一级从动轮毂中心孔内，第一级从动轮毂(26)与第二级二号支撑板(41)上的第一级从动轮毂中心孔之间安装有第二个第一级轴承(27)，第一级从动轮毂(26)的伸出端安装有第二个第一级轴承挡圈(28)，第一级转动支架驱动装置中的第一级驱动轮毂(22)、第一级从动轮毂(26)及第一级转动支架驱动装置中的第一级驱动电机(5)输出轴的回转轴线共线，第一级从动轮毂(26)的上端安装有X轴校准激光发射器(25)，X轴校准激光发射器(25)的电源线从第一级从动轮毂(26)中心孔中穿出。

7.按照权利要求1所述的三维运动试验装置，其特征在于，所述的浮动调整装置(9)包括试验件固定板(30)、四根结构相同的导向滑柱(31)、顶柱卡簧(32)与调整装置顶柱(33)；

所述的试验件固定板(30)上加工有与四根结构相同的导向滑柱(31)滑动配合的通孔，试验件固定板(30)上加工有用于固定试验样件(29)的固定孔，试验件固定板(30)的右侧加工有凸台，凸台的中心处沿轴向加工有螺纹孔；

所述的调整装置顶柱(33)左端加工有与试验件固定板(30)上的螺纹孔配合的外螺纹，外螺纹的右端连接着与第一级支架底板(24)左侧平面相接触的轴肩，轴肩右侧的圆柱体上加工有用于固定顶柱卡簧(32)的环槽，圆柱体右端加工有用于旋转调整装置顶柱(33)的径向U形槽；

四根结构相同的导向滑柱(31)插入第一级支架底板(24)上的四个结构相同的并成矩形分布的导向滑柱通孔内为过盈配合，调整装置顶柱(33)的右端插入第一级支架底板(24)的中心孔内，顶柱卡簧(32)安装在调整装置顶柱(33)上的环槽中，调整装置顶柱(33)的左端插入试验件固定板(30)右侧凸台上的螺纹孔中为螺纹连接。

8.按照权利要求1所述的三维运动试验装置，其特征在于，所述的电控部分包括第一级电机驱动器(1)、第二级电机驱动器(2)、集电环(4)、第三级电机驱动器(6)、一级编码器(61)、二级编码器(62)、三级编码器(63)、工控机(64)、计算机(65)和外部设备(66)；

计算机(65)通过数据线与工控机(64)连接，第一级电机驱动器(1)与第二级电机驱动器(2)的控制信号输入端与工控机(64)的数字信号输出端电线连接，第三级电机驱动器(6)的控制信号输入端与工控机(64)的模拟信号输出端电线连接，第一级电机驱动器(1)与第二级电机驱动器(2)的控制信号输出端与集电环(4)固定端导线连接，集电环(4)与固定端引出导线相导通的转动端引出导线分别和机械部分中的第一级驱动电机(5)与第二级驱动电机(16)的控制信号输入端相连接，第三级电机驱动器(6)的控制信号输出端与机械部分中的第三级驱动电机(12)的控制信号输入端相连接，第一级驱动电机(5)、第二级驱动电机(16)与第三级驱动电机(12)中依次安装有一级编码器(61)、二级编码器(62)与三级编码器(63)，一级编码器(61)与二级编码器(62)的输出端与集电环(4)转动端电线连接，集电环(4)固定端与工控机(64)模拟信号输入端相连，三级编码器(63)的输出端直接与工控机(64)的模拟信号输入端相连接，试验件固定板(30)上的试验件(29)的导线与集电环(4)转动端导线连接。