專利名稱：便攜式空間相對(duì)坐標(biāo)及距離測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)，具體是一種便攜式空間相對(duì)坐標(biāo)及距離測(cè)量系統(tǒng)。屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)主要面向現(xiàn)代制造業(yè)，在提高產(chǎn)品質(zhì)量、縮短生產(chǎn)周期及新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中起著重要的作用，成為現(xiàn)代工業(yè)檢測(cè)、質(zhì)量控制和制造技術(shù)中不可缺少的測(cè)量工具。已經(jīng)獲得比較廣泛應(yīng)用的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)主要有橋式測(cè)量機(jī)、水平臂式測(cè)量機(jī)、懸臂式測(cè)量機(jī)、龍門(mén)式測(cè)量機(jī)等。這類面向現(xiàn)代制造業(yè)的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)一般具有極高的結(jié)構(gòu)剛度、高加速度率及極快的軸向運(yùn)動(dòng)，加上控制系統(tǒng)軟件和高測(cè)量精度，所以系統(tǒng)相當(dāng)復(fù)雜龐大，成本很高，配有專用的計(jì)算機(jī)，并且都是固定安裝的，不能用于異地的測(cè)量及機(jī)器裝配、調(diào)試現(xiàn)場(chǎng)。另外，面向現(xiàn)代制造業(yè)的各種坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的設(shè)計(jì)都是具有很強(qiáng)的針對(duì)性的，這限制了它們的普遍應(yīng)用。然而，在實(shí)驗(yàn)室及小型的工廠中，加工及調(diào)試設(shè)備過(guò)程中依然采用傳統(tǒng)的直尺、卡尺甚至卷尺，精度低并且十分不便。尤其在調(diào)試設(shè)備過(guò)程中，需要量取某些部件的三維相對(duì)位置及距離時(shí)，由于被調(diào)試設(shè)備一般都很緊湊，傳統(tǒng)的直尺、卡尺就喪失了用武之地，一般只能用目測(cè)估計(jì)。經(jīng)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，在http//www.romer.com/main/index.php網(wǎng)頁(yè)上介紹了法國(guó)ROMER公司近幾年生產(chǎn)的幾款臂桿式坐標(biāo)測(cè)量機(jī)已經(jīng)能夠?qū)⒅黧w拆開(kāi)，裝入兩個(gè)手提箱內(nèi)(一個(gè)裝電腦，另一個(gè)大的裝測(cè)量機(jī)機(jī)械部分)，目的在于實(shí)現(xiàn)“便攜”以適應(yīng)變工作現(xiàn)場(chǎng)的需要。但是其價(jià)格昂貴，隨機(jī)配備的計(jì)算機(jī)要裝置專門(mén)的軟件，體積偏大，每次搬移后都需要重新組裝、連接、校正，仍然不夠方便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種便攜式空間相對(duì)坐標(biāo)及距離測(cè)量系統(tǒng)。使其可大眾化的面向?qū)嶒?yàn)室及小型工廠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作便捷，可以很容易地測(cè)取空間兩點(diǎn)的三維相對(duì)坐標(biāo)及空間距離，特別適合實(shí)驗(yàn)室及工廠進(jìn)行精度要求不是很高的空間三維相對(duì)坐標(biāo)測(cè)量。同時(shí)本發(fā)明是一個(gè)完整獨(dú)立的系統(tǒng)，可以采用電池供電并且機(jī)構(gòu)可以折疊，體積很小，所以可以方便攜帶、隨處移動(dòng)及完成野外作業(yè)。每次使用都不需要重新裝配。
本發(fā)明是通過(guò)以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括三大部分測(cè)量機(jī)機(jī)械本體、多芯電纜、手持器，測(cè)量機(jī)機(jī)械本體與手持器通過(guò)多芯電纜連接。測(cè)量機(jī)機(jī)械本體是一個(gè)五自由度的5R串聯(lián)開(kāi)鏈機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)副處都設(shè)有角度傳感器，手持器中嵌入了一個(gè)完整的微處理器系統(tǒng)，對(duì)機(jī)構(gòu)關(guān)節(jié)上的角度傳感器通過(guò)多芯電纜傳來(lái)的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換、解算并刷新顯示結(jié)果。本發(fā)明屬于手動(dòng)型接觸式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)。
測(cè)量機(jī)機(jī)械本體是一個(gè)五自由度的5R串聯(lián)開(kāi)鏈機(jī)構(gòu)，包括本體機(jī)座，第一角度傳感器，第二角度傳感器，第三角度傳感器，第四角度傳感器，第五角度傳感器，轉(zhuǎn)臺(tái)，第一連桿，第二連桿，第三連桿及測(cè)量頭。各角度傳感器的外殼及軸分別固定在相鄰的零件上，間接實(shí)現(xiàn)了各相鄰零件間的轉(zhuǎn)動(dòng)副功能。通過(guò)檢測(cè)角度傳感器的輸出，直接獲得各關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)角。它們的連接關(guān)系為本體機(jī)座水平放置，第一角度傳感器外殼連接到本體機(jī)座上，其轉(zhuǎn)軸方向垂直，與轉(zhuǎn)臺(tái)相連。第二、第三、第四角度傳感器轉(zhuǎn)軸方向水平并且相互平行，它們的外殼及轉(zhuǎn)軸分別與轉(zhuǎn)臺(tái)、第一連桿，第一、二連桿，第二、三連桿相連。第五角度傳感器外殼與第三連桿相連，轉(zhuǎn)軸與第四角度傳感器轉(zhuǎn)軸方向正交，與測(cè)量頭連接。
手持器中的微處理器系統(tǒng)可以采用任意一款單片機(jī)構(gòu)成。微處理器系統(tǒng)對(duì)機(jī)構(gòu)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)副上的各角度傳感器通過(guò)多芯電纜傳來(lái)的信息進(jìn)行采樣、轉(zhuǎn)換以獲得當(dāng)前狀態(tài)下機(jī)械本體各關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)角、實(shí)時(shí)機(jī)構(gòu)正向運(yùn)動(dòng)學(xué)解算并刷新顯示結(jié)果。微處理器系統(tǒng)的內(nèi)存中主要有兩組矢量X、XD。其中X為實(shí)時(shí)機(jī)構(gòu)正向運(yùn)動(dòng)學(xué)解算出來(lái)的測(cè)量頭尖端在基礎(chǔ)坐標(biāo)系中的絕對(duì)三維坐標(biāo)；XD為按手持器上的“零位”鍵時(shí)得到的參考基點(diǎn)(按下“零位”鍵時(shí)，測(cè)量頭尖端的位置)在基礎(chǔ)坐標(biāo)系中的絕對(duì)三維坐標(biāo)。矢量X-XD的三個(gè)分量即為測(cè)量頭尖端相對(duì)參考基點(diǎn)的三維坐標(biāo)，而模|X-XD|即為這空間兩點(diǎn)的距離。將矢量X-XD的三個(gè)分量及標(biāo)量|X-XD|在數(shù)顯系統(tǒng)顯示，可立刻知道當(dāng)前測(cè)量頭尖端相對(duì)參考基點(diǎn)的空間相對(duì)坐標(biāo)及距離，十分方便直觀。
本發(fā)明在測(cè)量時(shí)，將測(cè)量機(jī)機(jī)座穩(wěn)定放置在待測(cè)量點(diǎn)附近。操作者手持該發(fā)明的測(cè)量頭用其尖端先觸及需要測(cè)量的測(cè)量點(diǎn)，按一次手持器上的“零位”鍵；再觸及需要測(cè)量的測(cè)量點(diǎn)，數(shù)碼顯示器(LED或LCD)就顯示了兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)的空間相對(duì)坐標(biāo)及距離。本發(fā)明最方便的就是對(duì)測(cè)量機(jī)機(jī)械本體的定位安置沒(méi)有任何要求?？梢噪S處移動(dòng)，隨處放置，只要保證待測(cè)量點(diǎn)都在測(cè)量機(jī)的可達(dá)空間之內(nèi)及測(cè)量時(shí)測(cè)量機(jī)機(jī)械本體機(jī)座穩(wěn)定不動(dòng)即可。
采用本發(fā)明可以很容易地測(cè)取空間兩點(diǎn)的三維相對(duì)坐標(biāo)及空間距離，特別適合實(shí)驗(yàn)室及工廠進(jìn)行精度要求不是很高的空間三維相對(duì)坐標(biāo)及距離測(cè)量。因?yàn)樗且粋€(gè)完整獨(dú)立的系統(tǒng)，可以采用電池供電并且機(jī)構(gòu)可以折疊，所以可以方便攜帶、隨處移動(dòng)及完成野外作業(yè)，提高了測(cè)量精度并且十分方便。


圖1本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意2本發(fā)明測(cè)量機(jī)機(jī)械本體的結(jié)構(gòu)示意3本發(fā)明工作示意圖具體實(shí)施方式
如圖1所示，本發(fā)明包括三大部分測(cè)量機(jī)機(jī)械本體1、多芯電纜2、手持器3。測(cè)量機(jī)機(jī)械本體1與手持器3通過(guò)多芯電纜2連接。測(cè)量機(jī)機(jī)械本體1是一個(gè)五自由度的5R串聯(lián)開(kāi)鏈機(jī)構(gòu)，手持器3中嵌入了一個(gè)完整的微處理器系統(tǒng)，對(duì)機(jī)構(gòu)關(guān)節(jié)上的角度傳感器通過(guò)多芯電纜2傳來(lái)的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換、解算并刷新顯示結(jié)果。
如圖2所示，測(cè)量機(jī)機(jī)械本體1是一個(gè)五自由度的5R串聯(lián)開(kāi)鏈機(jī)構(gòu)，包括本體機(jī)座4、第一角度傳感器5、轉(zhuǎn)臺(tái)6、第二角度傳感器7、第一連桿8、第三角度傳感器9、第二連桿10、第四角度傳感器11、第三連桿12、第五角度傳感器13及測(cè)量頭14。該5R串聯(lián)開(kāi)鏈機(jī)構(gòu)最末的連桿就是測(cè)量頭14。它們的連接關(guān)系為本體機(jī)座4水平放置，第一角度傳感器5外殼連接到本體機(jī)座4上，其轉(zhuǎn)軸方向垂直，與轉(zhuǎn)臺(tái)6相連，第二、第三、第四角度傳感器7、9、11轉(zhuǎn)軸方向水平并且相互平行，它們的外殼及轉(zhuǎn)軸分別與轉(zhuǎn)臺(tái)6、第一連桿8，第一、二連桿8、10，第二、三連桿10、12相連，第五角度傳感器13外殼與第三連桿12相連，轉(zhuǎn)軸與第四角度傳感器11轉(zhuǎn)軸方向正交，與測(cè)量頭14連接。
角度傳感器5、7、9、11、13的外殼及軸分別固定在相鄰的連桿上，間接實(shí)現(xiàn)了各相鄰連桿間的轉(zhuǎn)動(dòng)副功能，角度傳感器采用高精度碼盤(pán)，或者采用高精度電位器。
手持器3共有4組數(shù)碼顯示器，分別顯示三維坐標(biāo)和距離。手持器3配置“零位”功能鍵，通過(guò)4組數(shù)碼顯示器分別顯示測(cè)量頭14尖端實(shí)時(shí)位置相對(duì)已設(shè)定“零位”的相對(duì)坐標(biāo)和距離。
權(quán)利要求
1.一種便攜式空間相對(duì)坐標(biāo)及距離測(cè)量系統(tǒng)，包括測(cè)量機(jī)機(jī)械本體(1)、多芯電纜(2)、手持器(3)，其特征在于，測(cè)量機(jī)機(jī)械本體(1)與手持器(3)通過(guò)多芯電纜(2)連接，測(cè)量機(jī)機(jī)械本體(1)是一個(gè)五自由度的5R串聯(lián)開(kāi)鏈機(jī)構(gòu)，手持器(3)中嵌入了一個(gè)完整的微處理器系統(tǒng)，對(duì)測(cè)量機(jī)機(jī)械本體(1)機(jī)構(gòu)關(guān)節(jié)上的角度傳感器通過(guò)多芯電纜(2)傳遞的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換、解算并刷新顯示結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式空間相對(duì)坐標(biāo)及距離測(cè)量系統(tǒng)，其特征是，測(cè)量機(jī)機(jī)械本體(1)是一個(gè)五自由度的5R串聯(lián)開(kāi)鏈機(jī)構(gòu)，包括本體機(jī)座(4)、第一角度傳感器(5)、轉(zhuǎn)臺(tái)(6)、第二角度傳感器(7)、第一連桿(8)、第三角度傳感器(9)、第二連桿(10)、第四角度傳感器(11)、第三連桿(12)、第五角度傳感器(13)及測(cè)量頭(14)，該5R串聯(lián)開(kāi)鏈機(jī)構(gòu)最末的連桿就是測(cè)量頭(14)，它們的連接關(guān)系為本體機(jī)座(4)水平放置，第一角度傳感器(5)外殼連接到本體機(jī)座(4)上，其轉(zhuǎn)軸方向垂直，與轉(zhuǎn)臺(tái)(6)相連，第二、第三、第四角度傳感器(7)、(9)、(11)轉(zhuǎn)軸方向水平并且相互平行，它們的外殼及轉(zhuǎn)軸分別與轉(zhuǎn)臺(tái)(6)、第一連桿(8)，第一、二連桿(8)、(10)，第二、三連桿(10)、(12)相連，第五角度傳感器(13)外殼與第三連桿(12)相連，轉(zhuǎn)軸與第四角度傳感器(11)轉(zhuǎn)軸方向正交，與測(cè)量頭(14)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的便攜式空間相對(duì)坐標(biāo)及距離測(cè)量系統(tǒng)，其特征是，角度傳感器(5)、(7)、(9)、(11)、(13)的外殼及軸分別固定在相鄰的零件上，角度傳感器采用高精度碼盤(pán)，或者采用高精度電位器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式空間相對(duì)坐標(biāo)及距離測(cè)量系統(tǒng)，其特征是，手持器(3)是一個(gè)采用任意一款單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的的嵌入式系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的便攜式空間相對(duì)坐標(biāo)及距離測(cè)量系統(tǒng)，其特征是，手持器(3)配置“零位”功能鍵，通過(guò)4組數(shù)碼顯示器分別顯示測(cè)量頭(14)尖端實(shí)時(shí)位置相對(duì)“零位”的相對(duì)坐標(biāo)和距離。
全文摘要
一種便攜式空間相對(duì)坐標(biāo)及距離測(cè)量系統(tǒng)。屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明包括測(cè)量機(jī)機(jī)械本體、多芯電纜、手持器，測(cè)量機(jī)機(jī)械本體與手持器通過(guò)多芯電纜連接，測(cè)量機(jī)機(jī)械本體是一個(gè)五自由度的5R串聯(lián)開(kāi)鏈機(jī)構(gòu)，手持器中嵌入了一個(gè)完整的微處理器系統(tǒng)。采用本發(fā)明可以很容易地測(cè)取空間兩點(diǎn)的三維相對(duì)坐標(biāo)及空間距離，特別適合實(shí)驗(yàn)室及工廠進(jìn)行精度要求不是很高的空間三維相對(duì)坐標(biāo)及距離測(cè)量。因?yàn)樗且粋€(gè)完整獨(dú)立的系統(tǒng)，可以采用電池供電并且機(jī)構(gòu)可以折疊，體積很小，所以可以方便攜帶、隨處移動(dòng)及完成野外作業(yè)，每次使用都不需要重新裝配，提高了測(cè)量精度并且十分方便。
文檔編號(hào)G01B21/00GK1546946SQ20031010934
公開(kāi)日2004年11月17日 申請(qǐng)日期2003年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月12日
發(fā)明者寧柯軍, 楊汝清 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)