專利名稱：便攜式空間相對坐標及距離測量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種坐標測量系統(tǒng)，具體是一種便攜式空間相對坐標及距離測量系統(tǒng)。屬于機器人技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前的坐標測量機主要面向現(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)品開發(fā)中起著重要的作用，成為現(xiàn)代工業(yè)檢測、質(zhì)量控制和制造技術(shù)中不可缺少的測量工具。已經(jīng)獲得比較廣泛應(yīng)用的坐標測量機主要有橋式測量機、水平臂式測量機、懸臂式測量機、龍門式測量機等。這類面向現(xiàn)代制造業(yè)的坐標測量機一般具有極高的結(jié)構(gòu)剛度、高加速度率及極快的軸向運動，加上控制系統(tǒng)軟件和高測量精度，所以系統(tǒng)相當復(fù)雜龐大，成本很高，配有專用的計算機，并且都是固定安裝的，不能用于異地的測量及機器裝配、調(diào)試現(xiàn)場。另外，面向現(xiàn)代制造業(yè)的各種坐標測量機的設(shè)計都是具有很強的針對性的，這限制了它們的普遍應(yīng)用。然而，在實驗室及小型的工廠中，加工及調(diào)試設(shè)備過程中依然采用傳統(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)備過程中，需要量取某些部件的三維相對位置及距離時，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，一般只能用目測估計。經(jīng)文獻檢索發(fā)現(xiàn)，在http//www.romer.com/main/index.php網(wǎng)頁上介紹了法國ROMER公司近幾年生產(chǎn)的幾款臂桿式坐標測量機已經(jīng)能夠?qū)⒅黧w拆開，裝入兩個手提箱內(nèi)(一個裝電腦，另一個大的裝測量機機械部分)，目的在于實現(xiàn)“便攜”以適應(yīng)變工作現(xiàn)場的需要。但是其價格昂貴，隨機配備的計算機要裝置專門的軟件，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)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種便攜式空間相對坐標及距離測量系統(tǒng)。使其可大眾化的面向?qū)嶒炇壹靶⌒凸S，結(jié)構(gòu)簡單、操作便捷，可以很容易地測取空間兩點的三維相對坐標及空間距離，特別適合實驗室及工廠進行精度要求不是很高的空間三維相對坐標測量。同時本發(fā)明是一個完整獨立的系統(tǒng)，可以采用電池供電并且機構(gòu)可以折疊，體積很小，所以可以方便攜帶、隨處移動及完成野外作業(yè)。每次使用都不需要重新裝配。
本發(fā)明是通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括三大部分測量機機械本體、多芯電纜、手持器，測量機機械本體與手持器通過多芯電纜連接。測量機機械本體是一個五自由度的5R串聯(lián)開鏈機構(gòu)，該機構(gòu)各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動副處都設(shè)有角度傳感器，手持器中嵌入了一個完整的微處理器系統(tǒng)，對機構(gòu)關(guān)節(jié)上的角度傳感器通過多芯電纜傳來的信息進行實時轉(zhuǎn)換、解算并刷新顯示結(jié)果。本發(fā)明屬于手動型接觸式三坐標測量機。
測量機機械本體是一個五自由度的5R串聯(lián)開鏈機構(gòu)，包括本體機座，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，第一連桿，第二連桿，第三連桿及測量頭。各角度傳感器的外殼及軸分別固定在相鄰的零件上，間接實現(xiàn)了各相鄰零件間的轉(zhuǎn)動副功能。通過檢測角度傳感器的輸出，直接獲得各關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)角。它們的連接關(guān)系為本體機座水平放置，第一角度傳感器外殼連接到本體機座上，其轉(zhuǎn)軸方向垂直，與轉(zhuǎn)臺相連。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、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構(gòu)成。微處理器系統(tǒng)對機構(gòu)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動副上的各角度傳感器通過多芯電纜傳來的信息進行采樣、轉(zhuǎn)換以獲得當前狀態(tài)下機械本體各關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)角、實時機構(gòu)正向運動學解算并刷新顯示結(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為實時機構(gòu)正向運動學解算出來的測量頭尖端在基礎(chǔ)坐標系中的絕對三維坐標；XD為按手持器上的“零位”鍵時得到的參考基點(按下“零位”鍵時，測量頭尖端的位置)在基礎(chǔ)坐標系中的絕對三維坐標。矢量X-XD的三個分量即為測量頭尖端相對參考基點的三維坐標，而模|X-XD|即為這空間兩點的距離。將矢量X-XD的三個分量及標量|X-XD|在數(shù)顯系統(tǒng)顯示，可立刻知道當前測量頭尖端相對參考基點的空間相對坐標及距離，十分方便直觀。
本發(fā)明在測量時，將測量機機座穩(wěn)定放置在待測量點附近。操作者手持該發(fā)明的測量頭用其尖端先觸及需要測量的測量點，按一次手持器上的“零位”鍵；再觸及需要測量的測量點，數(shù)碼顯示器(LED或LCD)就顯示了兩個測量點的空間相對坐標及距離。本發(fā)明最方便的就是對測量機機械本體的定位安置沒有任何要求?？梢噪S處移動，隨處放置，只要保證待測量點都在測量機的可達空間之內(nèi)及測量時測量機機械本體機座穩(wěn)定不動即可。
采用本發(fā)明可以很容易地測取空間兩點的三維相對坐標及空間距離，特別適合實驗室及工廠進行精度要求不是很高的空間三維相對坐標及距離測量。因為它是一個完整獨立的系統(tǒng)，可以采用電池供電并且機構(gòu)可以折疊，所以可以方便攜帶、隨處移動及完成野外作業(yè)，提高了測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)明測量機機械本體的結(jié)構(gòu)示意3本發(fā)明工作示意圖具體實施方式
如圖1所示，本發(fā)明包括三大部分測量機機械本體1、多芯電纜2、手持器3。測量機機械本體1與手持器3通過多芯電纜2連接。測量機機械本體1是一個五自由度的5R串聯(lián)開鏈機構(gòu)，手持器3中嵌入了一個完整的微處理器系統(tǒng)，對機構(gòu)關(guān)節(jié)上的角度傳感器通過多芯電纜2傳來的信息進行實時轉(zhuǎn)換、解算并刷新顯示結(jié)果。
如圖2所示，測量機機械本體1是一個五自由度的5R串聯(lián)開鏈機構(gòu)，包括本體機座4、第一角度傳感器5、轉(zhuǎn)臺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及測量頭14。該5R串聯(lián)開鏈機構(gòu)最末的連桿就是測量頭14。它們的連接關(guān)系為本體機座4水平放置，第一角度傳感器5外殼連接到本體機座4上，其轉(zhuǎn)軸方向垂直，與轉(zhuǎn)臺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，間接實現(xiàn)了各相鄰連桿間的轉(zhuǎn)動副功能，角度傳感器采用高精度碼盤，或者采用高精度電位器。
手持器3共有4組數(shù)碼顯示器，分別顯示三維坐標和距離。手持器3配置“零位”功能鍵，通過4組數(shù)碼顯示器分別顯示測量頭14尖端實時位置相對已設(shè)定“零位”的相對坐標和距離。
權(quán)利要求
1.一種便攜式空間相對坐標及距離測量系統(tǒng)，包括測量機機械本體(1)、多芯電纜(2)、手持器(3)，其特征在于，測量機機械本體(1)與手持器(3)通過多芯電纜(2)連接，測量機機械本體(1)是一個五自由度的5R串聯(lián)開鏈機構(gòu)，手持器(3)中嵌入了一個完整的微處理器系統(tǒng)，對測量機機械本體(1)機構(gòu)關(guān)節(jié)上的角度傳感器通過多芯電纜(2)傳遞的信息進行實時轉(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坐標及距離測量系統(tǒng)，其特征是，測量機機械本體(1)是一個五自由度的5R串聯(lián)開鏈機構(gòu)，包括本體機座(4)、第一角度傳感器(5)、轉(zhuǎn)臺(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)及測量頭(14)，該5R串聯(lián)開鏈機構(gòu)最末的連桿就是測量頭(14)，它們的連接關(guān)系為本體機座(4)水平放置，第一角度傳感器(5)外殼連接到本體機座(4)上，其轉(zhuǎn)軸方向垂直，與轉(zhuǎn)臺(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(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坐標及距離測量系統(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，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坐標及距離測量系統(tǒng)，其特征是，手持器(3)是一個采用任意一款單片機實現(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坐標及距離測量系統(tǒng)，其特征是，手持器(3)配置“零位”功能鍵，通過4組數(shù)碼顯示器分別顯示測量頭(14)尖端實時位置相對“零位”的相對坐標和距離。
全文摘要
一種便攜式空間相對坐標及距離測量系統(tǒng)。屬于機器人技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明包括測量機機械本體、多芯電纜、手持器，測量機機械本體與手持器通過多芯電纜連接，測量機機械本體是一個五自由度的5R串聯(lián)開鏈機構(gòu)，手持器中嵌入了一個完整的微處理器系統(tǒng)。采用本發(fā)明可以很容易地測取空間兩點的三維相對坐標及空間距離，特別適合實驗室及工廠進行精度要求不是很高的空間三維相對坐標及距離測量。因為它是一個完整獨立的系統(tǒng)，可以采用電池供電并且機構(gòu)可以折疊，體積很小，所以可以方便攜帶、隨處移動及完成野外作業(yè)，每次使用都不需要重新裝配，提高了測量精度并且十分方便。
文檔編號G01B21/00GK1546946SQ20031010934
公開日2004年11月17日 申請日期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 申請人:上海交通大學