專利名稱：基于三自由度并聯(lián)機構(gòu)的六自由度并串聯(lián)位姿測量機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種機械測量設(shè)備，具體是基于三自由度并聯(lián)機構(gòu)的六自由度并串聯(lián)位姿測量機。
在現(xiàn)有技術(shù)中，六坐標測量機主要分兩種形式，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)形式主要由六個自由度(轉(zhuǎn)動副或移動副)串聯(lián)組成，移動副處裝有直線傳感器，轉(zhuǎn)動副處裝有旋轉(zhuǎn)編碼器。由于串聯(lián)機構(gòu)的正解有顯示解，并且唯一，所以，這種測量機可以直接測定被測物體的位姿。但是，隨著測量范圍的增大，系統(tǒng)的剛度會大幅度下降，測量精度也會明顯降低。進一步，串聯(lián)機構(gòu)具有誤差放大功能，即安裝在底盤或腰部的傳感器的測量誤差在測量機末端會被放大，要想提高測量精度，必須大幅度提高傳感器的精度和分辨率。并聯(lián)結(jié)構(gòu)形式的測量機，主要是基于stewart平臺形式，該類測量機測量精度高、系統(tǒng)剛度大，但該類測量機沒有解析解，計算被測物體的位置和姿態(tài)需采用疊代收索的方法，從而計算量大，并且不唯一，所以在測量時帶來諸多不便。
為了克服上述測量機的不足，本實用新型的目的是提供一種測量精度高、測量范圍廣、實時快速解析解的基于三自由度并聯(lián)機構(gòu)的六自由度并串聯(lián)位姿測量機。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的包括測量頭、球副、三自由度并聯(lián)機構(gòu)，其中并聯(lián)機構(gòu)由三個分支構(gòu)成，每個分支的一端用萬向節(jié)與固定平面連接，另一端與另外兩個分支匯交于球副的中心，成三角錐形；所述球副由三個轉(zhuǎn)動副串聯(lián)組成，軸線匯交于一點，即為三個自由度轉(zhuǎn)動副串聯(lián)結(jié)構(gòu)，其每個輸出軸上分別裝有旋轉(zhuǎn)編碼器；所述每個分支由導軌、滑塊、直線位移傳感器組成，滑塊安裝在導軌上，并與球副相連，導軌一端通過萬向節(jié)和固定平面相連，直線位移傳感器位于球副和萬向節(jié)之間；所述并聯(lián)機構(gòu)形成的三角錐側(cè)表面為任意三角形。
本實用新型具有如下優(yōu)點1.本實用新型利用三自由度并聯(lián)機構(gòu)實現(xiàn)被測物體位姿測量，具有實時解析解、精度高、速度快。
2.本實用新型回避了現(xiàn)有技術(shù)中并聯(lián)和串聯(lián)測量機的缺點和不足，在大測量范圍的情況下，仍能保證高測量精度。
3.本實用新型綜合了并聯(lián)和串聯(lián)形式測量機的優(yōu)點，應(yīng)用范圍廣，可以對各種曲面進行實時測量。
4.結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低。


圖1為本實用新型機構(gòu)簡圖。
圖2為
圖1中的球副機構(gòu)簡圖。
圖3為
圖1中單分支機構(gòu)簡圖。
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步詳細說明。
如
圖1所示，本實用新型包括測量頭1、球副2、三自由度并聯(lián)機構(gòu)3，其中并聯(lián)機構(gòu)3由三個分支33構(gòu)成，每個分支33的一端用萬向節(jié)34與固定平面35連接，另一端與另外兩個分支匯交于球副2的中心，成三角錐形；如圖2所示，所述球副2由三個轉(zhuǎn)動副串聯(lián)組成，軸線匯交于一點，即為三個自由度轉(zhuǎn)動副串聯(lián)結(jié)構(gòu)，其每個輸出軸上分別裝有旋轉(zhuǎn)編碼器；如圖3所示，每個分支33由導軌331、滑塊332、直線位移傳感器333組成，滑塊332安裝在導軌331上，并與球副2相連，導軌331一端通過萬向節(jié)34和固定平面35相連，直線位移傳感器333位于球副2和萬向節(jié)34之間，可實時給出分支長度。
本實用新型工作原理是每單分支33的長度從直線位移傳感器333的信息計算，一旦三個分支33的長度確定，三自由度并聯(lián)機構(gòu)3的頂點坐標即確定；當測量頭1與被測物體接觸后，被測物體被測面姿態(tài)就可通過隨動的三個旋轉(zhuǎn)編碼器以解析解直接求出。也就是說，當測量頭1與被測面為面接觸時，由三個旋轉(zhuǎn)編碼器的值可直接給出被測面的姿態(tài)；當測量頭1與被測面為點接觸時，三角錐形的三自由度并聯(lián)機構(gòu)3的頂點坐標值與測量頭1長度派生的坐標值(由測量頭1的長度和姿態(tài)計算)代數(shù)和為被測點的位置坐標。
權(quán)利要求1.一種基于三自由度并聯(lián)機構(gòu)的六自由度并串聯(lián)位姿測量機，其特征在于包括測量頭(1)、球副(2)、三自由度并聯(lián)機構(gòu)(3)，其中并聯(lián)機構(gòu)(3)由三個分支(33)構(gòu)成，每個分支(33)的一端用萬向節(jié)(34)與固定平面(35)連接，另一端與另外兩個分支匯交于球副(2)的中心，成三角錐形。
2.按照權(quán)利要求1所述基于三自由度并聯(lián)機構(gòu)的六自由度并串聯(lián)位姿測量機，其特征在于所述球副(2)由三個轉(zhuǎn)動副串聯(lián)組成，軸線匯交于一點，即為三個自由度轉(zhuǎn)動副串聯(lián)結(jié)構(gòu)，其每個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)機構(gòu)的六自由度并串聯(lián)位姿測量機，其特征在于所述每個分支(33)由導軌(331)、滑塊(332)、直線位移傳感器(333)組成，滑塊(332)安裝在導軌(331)上，并與球副(2)相連，導軌(331)一端通過萬向節(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)機構(gòu)的六自由度并串聯(lián)位姿測量機，其特征在于所述并聯(lián)機構(gòu)(3)形成的三角錐側(cè)表面為任意三角形。
專利摘要本實用新型涉及一種基于三自由度并聯(lián)機構(gòu)的六自由度并串聯(lián)位姿測量機,包括測量頭、球副、三自由度并聯(lián)機構(gòu),其中并聯(lián)機構(gòu)由三個分支構(gòu)成,每個分支的一端用萬向節(jié)與固定平面連接,另一端與另外兩個分支匯交于球副的中心,成三角錐形;球副由三個轉(zhuǎn)動副串聯(lián)組成,軸線匯交于一點,即為三個自由度轉(zhuǎn)動副串聯(lián)結(jié)構(gòu),其每個輸出軸上分別裝有旋轉(zhuǎn)編碼器。本實用新型測量精度高、測量范圍廣,具有實時快速解析解特點。
文檔編號B23Q41/00GK2482480SQ0124852
公開日2002年3月20日 申請日期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, 房立金, 王洪光, 陳書宏, 郭立新, 李燕 申請人:中國科學院沈陽自動化研究所