專利名稱：基于三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的六自由度并串聯(lián)位姿測(cè)量機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)械測(cè)量設(shè)備，具體是基于三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的六自由度并串聯(lián)位姿測(cè)量機(jī)。
在現(xiàn)有技術(shù)中，六坐標(biāo)測(cè)量機(jī)主要分兩種形式，一種是串聯(lián)結(jié)構(gòu)形式；一種是并聯(lián)結(jié)構(gòu)形式。串聯(lián)結(jié)構(gòu)形式主要由六個(gè)自由度(轉(zhuǎn)動(dòng)副或移動(dòng)副)串聯(lián)組成，移動(dòng)副處裝有直線傳感器，轉(zhuǎn)動(dòng)副處裝有旋轉(zhuǎn)編碼器。由于串聯(lián)機(jī)構(gòu)的正解有顯示解，并且唯一，所以，這種測(cè)量機(jī)可以直接測(cè)定被測(cè)物體的位姿。但是，隨著測(cè)量范圍的增大，系統(tǒng)的剛度會(huì)大幅度下降，測(cè)量精度也會(huì)明顯降低。進(jìn)一步，串聯(lián)機(jī)構(gòu)具有誤差放大功能，即安裝在底盤(pán)或腰部的傳感器的測(cè)量誤差在測(cè)量機(jī)末端會(huì)被放大，要想提高測(cè)量精度，必須大幅度提高傳感器的精度和分辨率。并聯(lián)結(jié)構(gòu)形式的測(cè)量機(jī)，主要是基于stewart平臺(tái)形式，該類測(cè)量機(jī)測(cè)量精度高、系統(tǒng)剛度大，但該類測(cè)量機(jī)沒(méi)有解析解，計(jì)算被測(cè)物體的位置和姿態(tài)需采用疊代收索的方法，從而計(jì)算量大，并且不唯一，所以在測(cè)量時(shí)帶來(lái)諸多不便。
為了克服上述測(cè)量機(jī)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種測(cè)量精度高、測(cè)量范圍廣、實(shí)時(shí)快速解析解的基于三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的六自由度并串聯(lián)位姿測(cè)量機(jī)。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的包括測(cè)量頭、球副、三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其中并聯(lián)機(jī)構(gòu)由三個(gè)分支構(gòu)成，每個(gè)分支的一端用萬(wàn)向節(jié)與固定平面連接，另一端與另外兩個(gè)分支匯交于球副的中心，成三角錐形；所述球副由三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副串聯(lián)組成，軸線匯交于一點(diǎn)，即為三個(gè)自由度轉(zhuǎn)動(dòng)副串聯(lián)結(jié)構(gòu)，其每個(gè)輸出軸上分別裝有旋轉(zhuǎn)編碼器；所述每個(gè)分支由導(dǎo)軌、滑塊、直線位移傳感器組成，滑塊安裝在導(dǎo)軌上，并與球副相連，導(dǎo)軌一端通過(guò)萬(wàn)向節(jié)和固定平面相連，直線位移傳感器位于球副和萬(wàn)向節(jié)之間；所述并聯(lián)機(jī)構(gòu)形成的三角錐側(cè)表面為任意三角形。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1.本發(fā)明利用三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)被測(cè)物體位姿測(cè)量，具有實(shí)時(shí)解析解、精度高、速度快。
2.本發(fā)明回避了現(xiàn)有技術(shù)中并聯(lián)和串聯(lián)測(cè)量機(jī)的缺點(diǎn)和不足，在大測(cè)量范圍的情況下，仍能保證高測(cè)量精度。
3.本發(fā)明綜合了并聯(lián)和串聯(lián)形式測(cè)量機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用范圍廣，可以對(duì)各種曲面進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量。
4.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低。


圖1為本發(fā)明機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
圖2為圖1中的球副機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
圖3為圖1中單分支機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
如圖1所示，本發(fā)明包括測(cè)量頭1、球副2、三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)3，其中并聯(lián)機(jī)構(gòu)3由三個(gè)分支33構(gòu)成，每個(gè)分支33的一端用萬(wàn)向節(jié)34與固定平面35連接，另一端與另外兩個(gè)分支匯交于球副2的中心，成三角錐形；如圖2所示，所述球副2由三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副串聯(lián)組成，軸線匯交于一點(diǎn)，即為三個(gè)自由度轉(zhuǎn)動(dòng)副串聯(lián)結(jié)構(gòu)，其每個(gè)輸出軸上分別裝有旋轉(zhuǎn)編碼器；如圖3所示，每個(gè)分支33由導(dǎo)軌331、滑塊332、直線位移傳感器333組成，滑塊332安裝在導(dǎo)軌331上，并與球副2相連，導(dǎo)軌331一端通過(guò)萬(wàn)向節(jié)34和固定平面35相連，直線位移傳感器333位于球副2和萬(wàn)向節(jié)34之間，可實(shí)時(shí)給出分支長(zhǎng)度。
本發(fā)明工作原理是每單分支33的長(zhǎng)度從直線位移傳感器333的信息計(jì)算，一旦三個(gè)分支33的長(zhǎng)度確定，三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)3的頂點(diǎn)坐標(biāo)即確定；當(dāng)測(cè)量頭1與被測(cè)物體接觸后，被測(cè)物體被測(cè)面姿態(tài)就可通過(guò)隨動(dòng)的三個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器以解析解直接求出。也就是說(shuō)，當(dāng)測(cè)量頭1與被測(cè)面為面接觸時(shí)，由三個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器的值可直接給出被測(cè)面的姿態(tài)；當(dāng)測(cè)量頭1與被測(cè)面為點(diǎn)接觸時(shí)，三角錐形的三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)3的頂點(diǎn)坐標(biāo)值與測(cè)量頭1長(zhǎng)度派生的坐標(biāo)值(由測(cè)量頭1的長(zhǎng)度和姿態(tài)計(jì)算)代數(shù)和為被測(cè)點(diǎn)的位置坐標(biāo)。
權(quán)利要求
1.一種基于三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的六自由度并串聯(lián)位姿測(cè)量機(jī)，其特征在于包括測(cè)量頭(1)、球副(2)、三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)(3)，其中并聯(lián)機(jī)構(gòu)(3)由三個(gè)分支(33)構(gòu)成，每個(gè)分支(33)的一端用萬(wàn)向節(jié)(34)與固定平面(3)連接，另一端與另外兩個(gè)分支匯交于球副(2)的中心，成三角形。
2.按照權(quán)利要求1所述基于三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的六自由度并串聯(lián)位姿測(cè)量機(jī)，其特征在于所述球副(2)由三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副串聯(lián)組成，軸線匯交于一點(diǎn)，即為三個(gè)自由度轉(zhuǎn)動(dòng)副串聯(lián)結(jié)構(gòu)，其每個(gè)輸出軸上分別裝有旋轉(zhuǎn)編碼器。
3.按照權(quán)利要求1所述基于三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的六自由度并串聯(lián)位姿測(cè)量機(jī)，其特征在于所述每個(gè)分支(33)由導(dǎo)軌(331)、滑塊(332)、直線位移傳感器(333)組成，滑塊(332)安裝在導(dǎo)軌(331)上，并與球副(2)相連，導(dǎo)軌(331)一端通過(guò)萬(wàn)向節(jié)(34)和固定平面(35)相連，直線位移傳感器(333)位于球副(2)和萬(wàn)向節(jié)(34)之間。
4.按照權(quán)利要求1所述基于三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的六自由度并串聯(lián)位姿測(cè)量機(jī)，其特征在于所述并聯(lián)機(jī)構(gòu)(3)形成的三角錐側(cè)表面為任意三角形。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的六自由度并串聯(lián)位姿測(cè)量機(jī)，包括測(cè)量頭、球副、三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其中并聯(lián)機(jī)構(gòu)由三個(gè)分支構(gòu)成，每個(gè)分支的一端用萬(wàn)向節(jié)與固定平面連接，另一端與另外兩個(gè)分支匯交于球副的中心，成三角錐形；球副由三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副串聯(lián)組成，軸線匯交于一點(diǎn)，即為三個(gè)自由度轉(zhuǎn)動(dòng)副串聯(lián)結(jié)構(gòu)，其每個(gè)輸出軸上分別裝有旋轉(zhuǎn)編碼器。本發(fā)明測(cè)量精度高、測(cè)量范圍廣，具有實(shí)時(shí)快速解析解特點(diǎn)。
文檔編號(hào)B23Q16/00GK1393321SQ0111419
公開(kāi)日2003年1月29日 申請(qǐng)日期2001年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月4日
發(fā)明者徐志剛, 趙明揚(yáng), 房立金, 王洪光, 陳書(shū)宏, 郭立新, 李燕 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所