本發(fā)明屬于測量技術(shù)領(lǐng)域，涉及關(guān)節(jié)臂坐標(biāo)測量機(jī)，具體涉及一種測量端類似于人類手掌的關(guān)節(jié)臂坐標(biāo)測量機(jī)及其測量方法。

背景技術(shù)：

在很多技術(shù)領(lǐng)域中都存在對物體表面點(diǎn)的高精度位置測量和物體幾何尺寸的高精度測量的需求。特別是對于生產(chǎn)制造行業(yè)，產(chǎn)品的測量和質(zhì)量控制非常重要。

關(guān)于這些領(lǐng)域，存在很多應(yīng)用于這些情況而形成的測量裝置，這些測量裝置通常稱為坐標(biāo)測量機(jī)(cmm)。其中關(guān)節(jié)臂坐標(biāo)測量機(jī)是一種多自由度非正交坐標(biāo)測量儀器，通常具有6個(gè)自由度。它與傳統(tǒng)的正交坐標(biāo)系式三坐標(biāo)測量機(jī)相比，具有空間串聯(lián)結(jié)構(gòu)，因而有自由度大、測量空間開闊、操作相對靈活方便以及適合現(xiàn)場測量等特點(diǎn)。

然而，現(xiàn)有的安裝觸發(fā)式測頭的關(guān)節(jié)臂坐標(biāo)測量機(jī)一次性僅僅只能測量一個(gè)點(diǎn)，即使是很簡單的幾何物體，想要測量出它的幾何尺寸也必須分很多次進(jìn)行測量，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率較低。不僅如此，現(xiàn)有的關(guān)節(jié)臂坐標(biāo)測量機(jī)雖然是仿照人的手臂設(shè)計(jì)出來的，但是在使用時(shí)操作起來并不是十分方便，需要操作者雙手扶著關(guān)節(jié)臂找到合適的位置后再進(jìn)行數(shù)據(jù)的記錄，這也導(dǎo)致關(guān)節(jié)臂坐標(biāo)測量機(jī)測量時(shí)花費(fèi)時(shí)間增多，測量效率降低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種測頭類似于人手的關(guān)節(jié)臂坐標(biāo)測量機(jī)及其測量方法，該測頭可以像手套一樣穿戴在手上，從而解決現(xiàn)有關(guān)節(jié)臂坐標(biāo)測量機(jī)一次性僅僅只能測量一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，且操作不方便的問題。

為了解決上述問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明一種手套式關(guān)節(jié)臂坐標(biāo)測量機(jī)，包括基座、第一關(guān)節(jié)、第二關(guān)節(jié)、第三關(guān)節(jié)、第四關(guān)節(jié)、第一關(guān)節(jié)臂、第二關(guān)節(jié)臂、第三關(guān)節(jié)臂和測頭；第一關(guān)節(jié)臂與基座通過第一關(guān)節(jié)連接，第一關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)軸豎直設(shè)置；第二關(guān)節(jié)臂的后端與第一關(guān)節(jié)臂的前端通過第二關(guān)節(jié)連接，第二關(guān)節(jié)臂的前端與第三關(guān)節(jié)臂的后端通過第三關(guān)節(jié)連接，第二關(guān)節(jié)和第三關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)軸水平且平行設(shè)置；所述的第一關(guān)節(jié)、第二關(guān)節(jié)和第三關(guān)節(jié)內(nèi)部均設(shè)有測量關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角的角度編碼器。

所述的測頭包括手掌套和五根手指套；手掌套后部固定連接桿，連接桿與第三關(guān)節(jié)臂的前端通過第四關(guān)節(jié)連接；第四關(guān)節(jié)為球面鉸鏈?zhǔn)疥P(guān)節(jié)，內(nèi)置運(yùn)動方位測量裝置；五根手指套中順序排布的四根手指套均包括三根套桿，另一根手指套包括兩根套桿；同一根手指套上相鄰兩根套桿通過手指中間關(guān)節(jié)連接；每根手指套位于根部的套桿均與手掌套前部通過手指根部關(guān)節(jié)連接；同一根手指套上的所有套桿內(nèi)部連通，且位于根部的套桿與手掌套內(nèi)部連通；手掌套朝內(nèi)的那側(cè)外壁為平面，手指中間關(guān)節(jié)和手指根部關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)軸均平行于手掌套朝內(nèi)那側(cè)外壁所在平面，且手指中間關(guān)節(jié)和手指根部關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)軸均與套桿桿長方向垂直；五根手指套上的手指根部關(guān)節(jié)沿弧線排布；手指中間關(guān)節(jié)和手指根部關(guān)節(jié)內(nèi)部均設(shè)有用來測量關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角的角度編碼器。手掌套朝內(nèi)那側(cè)外壁設(shè)有第一陣列式壓力傳感器，第一陣列式壓力傳感器中各行及各列均包括多個(gè)壓力傳感器觸頭；手指套上位于第一陣列式壓力傳感器的同一側(cè)設(shè)有第二陣列式壓力傳感器，第二陣列式壓力傳感器中各行及各列均包括多個(gè)壓力傳感器觸頭；各個(gè)壓力傳感器觸頭編有不同編號。第四關(guān)節(jié)內(nèi)的運(yùn)動方位測量裝置和所有角度編碼器將轉(zhuǎn)角信號傳入信號采集系統(tǒng)，所有壓力傳感器觸頭將壓力信號傳入信號采集系統(tǒng)。

所述的第一陣列式壓力傳感器中各行及各列壓力傳感器觸頭個(gè)數(shù)相等，均為10～12個(gè)。

所述的第二陣列式壓力傳感器中各行壓力傳感器觸頭個(gè)數(shù)相等，均為2～4個(gè)；第二陣列式壓力傳感器中各列壓力傳感器觸頭個(gè)數(shù)相等，均為15～20個(gè)；手指中間關(guān)節(jié)或手指根部關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)軸軸向?yàn)榈诙嚵惺綁毫鞲衅鞯男兴诜较颉?/p>

該手套式關(guān)節(jié)臂坐標(biāo)測量機(jī)的測量方法具體如下：

步驟一、將基座固定在物體周圍，使物體處于測量區(qū)域內(nèi)，人手套入手掌套和五根手指套。

步驟二、人手帶動手掌套和五根手指套觸摸物體，手掌套和五根手指套上與物體接觸的各壓力傳感器觸頭將壓力信號傳給信號采集系統(tǒng)，信號采集系統(tǒng)識別接觸到物體的壓力傳感器觸頭編號，計(jì)算機(jī)根據(jù)信號采集系統(tǒng)傳來的接觸到物體的壓力傳感器觸頭編號、各角度編碼器和第四關(guān)節(jié)內(nèi)的運(yùn)動方位測量裝置傳來的轉(zhuǎn)角信號、基座原點(diǎn)以及初始設(shè)計(jì)的第一關(guān)節(jié)臂、第二關(guān)節(jié)臂和第三關(guān)節(jié)臂長度、各壓力傳感器觸頭編號對應(yīng)的壓力傳感器觸頭在手掌套或手指套上的位置，計(jì)算出與物體接觸的各壓力傳感器觸頭在原點(diǎn)坐標(biāo)系中的空間坐標(biāo)，進(jìn)而計(jì)算出物體的幾何尺寸。

步驟三、重復(fù)步驟二，直到測得物體所有需要測量的幾何尺寸。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明可以同時(shí)測量空間多個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，與現(xiàn)有的關(guān)節(jié)臂坐標(biāo)測量機(jī)相比，測量時(shí)間大大縮短，提高了測量的效率。

2、本發(fā)明的測頭部分類似于人手且可穿戴，使得關(guān)節(jié)臂坐標(biāo)測量機(jī)可以根據(jù)操作者的手臂自由活動，操作簡單方便且只需要單手操作。

3、本發(fā)明根據(jù)接觸到物體的壓力傳感器觸頭編號、各角度編碼器和第四關(guān)節(jié)內(nèi)運(yùn)動方位測量裝置傳來的轉(zhuǎn)角信號、基座原點(diǎn)以及初始設(shè)計(jì)的第一關(guān)節(jié)臂、第二關(guān)節(jié)臂和第三關(guān)節(jié)臂長度、各壓力傳感器觸頭編號對應(yīng)的壓力傳感器觸頭在手掌套或手指套上的位置，計(jì)算出測量點(diǎn)在原點(diǎn)坐標(biāo)系中的空間坐標(biāo)，進(jìn)而計(jì)算出物體的幾何尺寸，保證測量的準(zhǔn)確性。

附圖說明

圖1是手套式關(guān)節(jié)臂坐標(biāo)測量機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是手套式關(guān)節(jié)臂坐標(biāo)測量機(jī)測頭部分結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1-基座，2-第一關(guān)節(jié)臂，3-第二關(guān)節(jié)，4-第二關(guān)節(jié)臂，5-第三關(guān)節(jié)，6-第三關(guān)節(jié)臂，7-第四關(guān)節(jié)，8-測頭，9-第一關(guān)節(jié)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

如圖1所示，一種手套式關(guān)節(jié)臂坐標(biāo)測量機(jī)，包括基座1、第一關(guān)節(jié)9、第二關(guān)節(jié)3、第三關(guān)節(jié)5、第四關(guān)節(jié)7、第一關(guān)節(jié)臂2、第二關(guān)節(jié)臂4、第三關(guān)節(jié)臂6和測頭8。第一關(guān)節(jié)臂2與基座1通過第一關(guān)節(jié)9連接，第一關(guān)節(jié)9的轉(zhuǎn)軸豎直設(shè)置；第二關(guān)節(jié)臂4的后端與第一關(guān)節(jié)臂2的前端通過第二關(guān)節(jié)3連接，第二關(guān)節(jié)臂4的前端與第三關(guān)節(jié)臂6的后端通過第三關(guān)節(jié)5連接，第二關(guān)節(jié)3和第三關(guān)節(jié)5的轉(zhuǎn)軸水平且平行設(shè)置；第一關(guān)節(jié)9、第二關(guān)節(jié)3和第三關(guān)節(jié)5內(nèi)部均設(shè)有用來測量關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動角度的角度編碼器。

如圖2所示，測頭8包括手掌套和五根手指套；手掌套后部固定連接桿，連接桿與第三關(guān)節(jié)臂6的前端通過第四關(guān)節(jié)7連接；第四關(guān)節(jié)7為球面鉸鏈?zhǔn)疥P(guān)節(jié)，內(nèi)置運(yùn)動方位測量裝置，運(yùn)動方位測量裝置采用現(xiàn)有技術(shù)，如專利號為201420387364.5的技術(shù)；五根手指套中順序排布的四根手指套均包括三根套桿，另一根手指套包括兩根套桿；同一根手指套上相鄰兩根套桿通過手指中間關(guān)節(jié)連接；每根手指套位于根部的套桿均與手掌套前部通過手指根部關(guān)節(jié)連接；同一根手指套上的所有套桿內(nèi)部連通，且位于根部的套桿與手掌套內(nèi)部連通；手掌套朝內(nèi)的那側(cè)外壁為平面，手指中間關(guān)節(jié)和手指根部關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)軸均平行于手掌套朝內(nèi)那側(cè)外壁所在平面，且手指中間關(guān)節(jié)和手指根部關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)軸均與套桿桿長方向垂直；五根手指套上的手指根部關(guān)節(jié)沿弧線排布；手指中間關(guān)節(jié)和手指根部關(guān)節(jié)內(nèi)部均設(shè)有用來測量關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動角度的角度編碼器。手掌套朝內(nèi)那側(cè)外壁設(shè)有第一陣列式壓力傳感器，第一陣列式壓力傳感器中各行及各列壓力傳感器觸頭個(gè)數(shù)相等，均為10～12個(gè)；手指套上位于第一陣列式壓力傳感器的同一側(cè)設(shè)有第二陣列式壓力傳感器，第二陣列式壓力傳感器中各行壓力傳感器觸頭個(gè)數(shù)相等，均為2～4個(gè)；第二陣列式壓力傳感器中各列壓力傳感器觸頭個(gè)數(shù)相等，均為15～20個(gè)；手指中間關(guān)節(jié)或手指根部關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)軸軸向?yàn)榈诙嚵惺綁毫鞲衅鞯男兴诜较?；各個(gè)壓力傳感器觸頭編有不同編號。第四關(guān)節(jié)7內(nèi)的運(yùn)動方位測量裝置和所有角度編碼器將轉(zhuǎn)角信號傳入信號采集系統(tǒng)，所有壓力傳感器觸頭將壓力信號傳入信號采集系統(tǒng)。

該手套式關(guān)節(jié)臂坐標(biāo)測量機(jī)的測量方法具體如下：

步驟一、將基座1固定在物體周圍，使物體處于測量區(qū)域內(nèi)，人手套入手掌套和五根手指套。

步驟二、人手帶動手掌套和五根手指套觸摸物體，手掌套和五根手指套上與物體接觸的各壓力傳感器觸頭將壓力信號傳給信號采集系統(tǒng)，信號采集系統(tǒng)識別接觸到物體的壓力傳感器觸頭編號，計(jì)算機(jī)根據(jù)信號采集系統(tǒng)傳來的接觸到物體的壓力傳感器觸頭編號、各角度編碼器和第四關(guān)節(jié)7內(nèi)的運(yùn)動方位測量裝置傳來的轉(zhuǎn)角信號、基座原點(diǎn)以及初始設(shè)計(jì)的第一關(guān)節(jié)臂2、第二關(guān)節(jié)臂4和第三關(guān)節(jié)臂6長度、各壓力傳感器觸頭編號對應(yīng)的壓力傳感器觸頭在手掌套或手指套上的位置，計(jì)算出與物體接觸的各壓力傳感器觸頭在原點(diǎn)坐標(biāo)系中的空間坐標(biāo)，進(jìn)而計(jì)算出物體的幾何尺寸。

步驟三、重復(fù)步驟二，直到測得物體所有需要測量的幾何尺寸。

本發(fā)明依據(jù)仿生學(xué)原理設(shè)計(jì)而成，結(jié)構(gòu)和人的手掌相似。當(dāng)操作者的手指彎曲或伸直時(shí)，測頭上的手指套也隨著操作者作相同的運(yùn)動。當(dāng)操作者的手臂在空間移動時(shí)，關(guān)節(jié)臂也隨之運(yùn)動，使測頭與操作者的手掌保持一致。