專利名稱：位姿測(cè)量平面?zhèn)鞲衅鞯闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及位姿測(cè)量跟蹤技術(shù)，具體地說是一種基于三個(gè)旋轉(zhuǎn)副串聯(lián)的三自由度串聯(lián)位姿跟蹤的新型結(jié)構(gòu)平面?zhèn)鞲衅鳌Ｋm合平板類物體在X-Z平面內(nèi)的位姿測(cè)量跟蹤。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的位姿測(cè)量跟蹤機(jī)械式傳感器技術(shù)中，由于應(yīng)用的條件、環(huán)境不同導(dǎo)致具有特定精度的專用傳感器的種類和形式較多，但都僅適用于特定環(huán)境。在同類機(jī)械式傳感器中尚沒有能高精度、實(shí)時(shí)、快速的檢測(cè)出物體在平面內(nèi)三自由度位姿的傳感器裝置。

發(fā)明內(nèi)容
為了滿足被測(cè)物體的測(cè)量要求，本發(fā)明的目的是提供一種具有能計(jì)算出實(shí)時(shí)解析解、跟蹤速度快、測(cè)量精度高的新型位姿測(cè)量平面?zhèn)鞲衅餮b置。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是包括安裝座、連桿和用于測(cè)量角度的編碼器，其中左安裝座安裝在固定位置上，右安裝座安裝于被測(cè)物體上，左安裝座與右安裝座之間為左連桿、右連桿與三個(gè)旋轉(zhuǎn)副的串聯(lián)結(jié)構(gòu)；每個(gè)旋轉(zhuǎn)副上安裝有編碼器；具體結(jié)構(gòu)為由左安裝座、左軸、左連桿、中安裝座、中軸、右連桿、右軸、右安裝座、右編碼器、中編碼器、左編碼器組成，左連桿一端通過左軸旋轉(zhuǎn)式安裝在左安裝座上，左連桿另一端與中安裝座相連，右連桿一端通過中軸旋轉(zhuǎn)式安裝于中安裝座上，右連桿的另一端通過右軸旋轉(zhuǎn)式安裝于右安裝座上；左編碼器、中編碼器、右編碼器分別設(shè)在左安裝座、中安裝座、右安裝座上；所述右安裝座與被測(cè)物體相連，左安裝座安裝在固定位置上；所述左連桿和右連桿長(zhǎng)度相等；所述左軸、中軸、右軸與左連桿、右連桿之間設(shè)有軸承。
本發(fā)明工作原理如下本發(fā)明通過左安裝座工作時(shí)安裝在固定位置上，右安裝座8安裝于被測(cè)物體上，中間由左連桿、右連桿通過三個(gè)旋轉(zhuǎn)副實(shí)現(xiàn)串聯(lián)結(jié)構(gòu)。每個(gè)旋轉(zhuǎn)副上安裝有角度編碼器，當(dāng)被測(cè)物體位姿發(fā)生變化時(shí)，三個(gè)角度編碼器可以測(cè)量出左連桿相對(duì)固定位置的旋轉(zhuǎn)角、右連桿相對(duì)左連桿的旋轉(zhuǎn)角、被測(cè)物體相對(duì)右連桿的旋轉(zhuǎn)角三個(gè)角度。利用位姿計(jì)算公式就可以計(jì)算得到被測(cè)物體的位姿變化情況。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1.測(cè)量精度高。由于本發(fā)明利用長(zhǎng)度不變的連桿(左連桿和右連桿)，三個(gè)同型號(hào)角度編碼器來實(shí)現(xiàn)對(duì)平板類物體的平面內(nèi)位姿檢測(cè)。這種結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，誤差源少，所以測(cè)量精度高，特別適用于平板類物體的平面內(nèi)位姿檢測(cè)。
2.能實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的測(cè)量出被測(cè)物體在平面內(nèi)的位姿。由于本發(fā)明具有功能性元件少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，計(jì)算公式簡(jiǎn)捷的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)跟蹤檢測(cè)。具有測(cè)量結(jié)果快速、準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。


附圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)裝配圖具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖1對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
如附圖1所示，本發(fā)明由左安裝座1、左軸2、左連桿3、中安裝座4、中軸5、右連桿6、右軸7、右安裝座8、右編碼器9、中編碼器10、左編碼器11組成，左連桿3一端通過左軸2安裝在左安裝座1上，左連桿3能夠相對(duì)左安裝座1轉(zhuǎn)動(dòng)，安裝于左安裝座1上的左編碼器11可測(cè)量出此轉(zhuǎn)動(dòng)角度。左連桿3另一端安裝在中安裝座4上，右連桿6一端通過中軸5安裝于中安裝座4上，右連桿6能夠相對(duì)左連桿3轉(zhuǎn)動(dòng)，安裝于中安裝座4上的中編碼器10可測(cè)量出此轉(zhuǎn)動(dòng)角度。右連桿6的另一端通過右軸7安裝于右安裝座8上，右安裝座8能夠相對(duì)右連桿6轉(zhuǎn)動(dòng)，安裝于右安裝座8上的右編碼器9可測(cè)量出此轉(zhuǎn)動(dòng)角度。利用三個(gè)編碼器測(cè)量出的角度變化就可計(jì)算出被測(cè)物體的位姿變化情況。
其中所述左軸2、中軸5、右軸7與左連桿3、右連桿6之間安裝有軸承。
本發(fā)明工作過程如下當(dāng)被測(cè)物體在本發(fā)明測(cè)量范圍內(nèi)發(fā)生位姿變化時(shí)，安裝在被測(cè)物體上的右安裝座8也跟著發(fā)生相應(yīng)的位姿變化，右安裝座8帶動(dòng)右連桿6進(jìn)而帶動(dòng)左連桿3發(fā)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)。左編碼器11測(cè)量出左連桿相對(duì)固定位置的旋轉(zhuǎn)角θ1，中編碼器10測(cè)量出右連桿相對(duì)左連桿的旋轉(zhuǎn)角θ2，右編碼器9測(cè)量出被測(cè)物體相對(duì)右連桿的旋轉(zhuǎn)角θ3，左連桿3和右連桿6長(zhǎng)度不變并且已知，利用位姿計(jì)算公式計(jì)算出被測(cè)物體在左安裝座1建立的坐標(biāo)系中的位置變化情況(此坐標(biāo)系以左安裝座1上軸承安裝孔的左軸2軸心為原點(diǎn))?？梢詫?shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)物體的快速準(zhǔn)確的位姿檢測(cè)。
位姿計(jì)算公式x=l1cosθ1+l2cos(θ1+θ2)+ccos(θ1+θ2+θ3)z=l1sinθ1+l2sin(θ1+θ2)+csin(θ1+θ2+θ3)y^=θ1+θ2+θ3]]>其中l(wèi)1左軸2軸心與中軸5軸心的直線距離，l2右軸7軸心與中軸5軸心的直線距離，c右軸7軸心與被測(cè)物體中心的直線距離，θ1左連桿3相對(duì)左安裝座轉(zhuǎn)過的角(即相對(duì)固定位置的旋轉(zhuǎn)角)，θ2右連桿相對(duì)左連桿的旋轉(zhuǎn)角，θ3被測(cè)物相對(duì)右連桿的旋轉(zhuǎn)角。
發(fā)明的測(cè)量范圍如下表

權(quán)利要求
1.一種位姿測(cè)量平面?zhèn)鞲衅?，包括安裝座、連桿和用于測(cè)量角度的編碼器，其中左安裝座安裝在固定位置上，右安裝座安裝于被測(cè)物體上，左安裝座與右安裝座之間為左連桿、右連桿與三個(gè)旋轉(zhuǎn)副的串聯(lián)結(jié)構(gòu)；每個(gè)旋轉(zhuǎn)副上安裝有編碼器。
2.按照權(quán)利要求1所述位姿測(cè)量平面?zhèn)鞲衅?，其特征在于具體結(jié)構(gòu)為由左安裝座(1)、左軸(2)、左連桿(3)、中安裝座(4)、中軸(5)、右連桿(6)、右軸(7)、右安裝座(8)、右編碼器(9)、中編碼器(10)、左編碼器(11)組成，左連桿(3)一端通過左軸(2)旋轉(zhuǎn)式安裝在左安裝座(1)上，左連桿(3)另一端與中安裝座(4)相連，右連桿(6)一端通過中軸(5)旋轉(zhuǎn)式安裝于中安裝座(4)上，右連桿(6)的另一端通過右軸(7)旋轉(zhuǎn)式安裝于右安裝座(8)上；左編碼器(11)、中編碼器(10)、右編碼器(9)分別設(shè)在左安裝座(1)、中安裝座(4)右安裝座(8)上。
3.按照權(quán)利要求2所述位姿測(cè)量平面?zhèn)鞲衅?，其特征在于所述右安裝座(8)與被測(cè)物體相連，左安裝座(1)安裝在固定位置上。
4.按照權(quán)利要求2所述位姿測(cè)量平面?zhèn)鞲衅鳎涮卣髟谟谒鲎筮B桿(3)和右連桿(6)長(zhǎng)度相等。
5.按照權(quán)利要求2所述位姿測(cè)量平面?zhèn)鞲衅?，其特征在于其中所述左軸(2)、中軸(5)、右軸(7)與左連桿(3)、右連桿(6)之間設(shè)有軸承。
全文摘要
一種位姿測(cè)量平面?zhèn)鞲衅?，包括安裝座、連桿和用于測(cè)量角度的編碼器，其中左安裝座安裝在固定位置上，右安裝座安裝于被測(cè)物體上，左安裝座與右安裝座之間為左連桿、右連桿與三個(gè)旋轉(zhuǎn)副的串聯(lián)結(jié)構(gòu)；每個(gè)旋轉(zhuǎn)副上安裝有編碼器。采用本發(fā)明能高精度、實(shí)時(shí)、快速的檢測(cè)出物體在平面內(nèi)三自由度位姿。
文檔編號(hào)G01D5/00GK101082482SQ20061004676
公開日2007年12月5日 申請(qǐng)日期2006年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月31日
發(fā)明者徐志剛, 吳鳳麗, 劉勇, 趙明揚(yáng), 辛立明 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所