[發(fā)明專利]三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動平臺位姿檢測裝置及其檢測方法

在審

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• 申請日: 2014-12-31
• 公開（公告）號: CN104634244A
• 公開（公告）日: 2015-05-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳國強(qiáng);趙俊偉;康件麗;李雪鋒
• 申請（專利權(quán)）人: 河南理工大學(xué)
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 深圳市金筆知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 44297
• 代理人: 王國旭;耿丹丹

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動平臺位姿檢測裝置及其檢測方法，確切地說，是一種3-PRS并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動平臺位姿的非接觸快速高精度檢測裝置及其檢測方法。

背景技術(shù)

并聯(lián)機(jī)構(gòu)在工業(yè)上得到了廣泛的應(yīng)用，其中多自由度并聯(lián)數(shù)控加工中心在加工工業(yè)上已呈現(xiàn)出一個特別突出的應(yīng)用前景。并聯(lián)機(jī)構(gòu)相對于傳統(tǒng)的串聯(lián)機(jī)構(gòu)有諸多的優(yōu)勢，如結(jié)構(gòu)簡單、剛度大、動態(tài)響應(yīng)快、承載能力強(qiáng)、精度高等優(yōu)點(diǎn)，受到了諸多學(xué)者的關(guān)注并展開了深入的研究。

大部分的并聯(lián)機(jī)器人是以Stewart平臺為基礎(chǔ)，但在很多場合不需要6自由度，少自由度就能滿足要求。三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)已在工業(yè)實踐中得到了一定的應(yīng)用，如應(yīng)用于集成電路加工、精密制造、航天器等領(lǐng)域。其中，具有三自由度3-PRS?(P為移動副，R為轉(zhuǎn)動副，S為球面副)并聯(lián)機(jī)構(gòu)是少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)中的代表之一，由于它們的自由度較少，比6自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，經(jīng)濟(jì)便宜，控制相對容易，因此具有很好的應(yīng)用前景，已被應(yīng)用在并聯(lián)機(jī)床、加工中心主軸頭等領(lǐng)域。

精度是并聯(lián)機(jī)床最重要的性能指標(biāo)之一，它直接影響機(jī)床的加工質(zhì)量，其中并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動平臺的位姿對精度影響很大。另一方面，并聯(lián)機(jī)構(gòu)使用一段時間后，因為各個構(gòu)件的磨損，變形等因素使得運(yùn)動平臺的精度降低，為保證精度，需要定時對機(jī)構(gòu)進(jìn)行測量，進(jìn)行誤差補(bǔ)償。由于并聯(lián)機(jī)構(gòu)的特性，運(yùn)動平臺處在不同位姿時的精度成非線性變化，需要對不同位姿的運(yùn)動平臺進(jìn)行測量。現(xiàn)有的測量方法大都是接觸式的，測量不便捷，工作量大，對研究并聯(lián)機(jī)構(gòu)的末端位姿精度帶來了測量繁瑣的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對測量3-PRS并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動平臺是測量繁瑣的問題，提供了一種3-PRS并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動平臺位姿測量裝置，在不接觸運(yùn)動平臺的前提下，實現(xiàn)對運(yùn)動平臺位姿全自動化、高效、快速的測量，有效地解決了上述問題。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動平臺位姿檢測裝置，該運(yùn)動平臺位姿檢測裝置主要包括計算機(jī)、多功能卡、固定平臺、運(yùn)動平、回轉(zhuǎn)臺、激光發(fā)生器、二維影像傳感器；所述激光發(fā)生器安裝在回轉(zhuǎn)臺末端，該回轉(zhuǎn)臺通過通訊線與多功能卡連接，所述二維影像傳感器通過通訊線與多功能卡連接，該多功能卡一端與回轉(zhuǎn)臺及二維影像傳感器相連，該多功能卡另一端與計算機(jī)相連，所述計算機(jī)通過多功能卡控制回轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)，該計算機(jī)與激光發(fā)生器通過通訊線相連并控制激光發(fā)生器。

作為一種優(yōu)選方案，在固定平臺上選定一基準(zhǔn)點(diǎn)垂直安裝回轉(zhuǎn)臺，在回轉(zhuǎn)臺末端安裝激光發(fā)生器，在運(yùn)動平臺上選定一基準(zhǔn)點(diǎn)，安裝二維影像傳感器。

作為另一種優(yōu)選方案，在運(yùn)動平臺上選定一基準(zhǔn)點(diǎn)垂直安裝回轉(zhuǎn)臺，在回轉(zhuǎn)臺末端安裝激光發(fā)生器，在固定平臺上選定一基準(zhǔn)點(diǎn)，安裝二維影像傳感器。

進(jìn)一步，所述運(yùn)動平臺位姿檢測裝置上設(shè)置一個激光發(fā)生器，該激光發(fā)生器為一可發(fā)射準(zhǔn)直線激光光源。

進(jìn)一步，所述激光發(fā)生器發(fā)射激光照射二維影像傳感器，該二維影像傳感器將照射點(diǎn)位置信號輸出給多功能卡，多功能卡再將位置信號輸入計算機(jī)，經(jīng)計算機(jī)計算處理得到與之對應(yīng)位置的一組坐標(biāo)。

進(jìn)一步，所述回轉(zhuǎn)臺有兩個旋轉(zhuǎn)自由度。

為了實現(xiàn)對本發(fā)明的三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動平臺位姿檢測裝置的檢測技術(shù)問題，本發(fā)明還提供了一種實現(xiàn)所述運(yùn)動平臺位姿檢測裝置的檢測方法，該檢測方法包括以下步驟：

a、在固定平臺上建立靜坐標(biāo)系o-xyz，在運(yùn)動平臺上建立動坐標(biāo)系????????????????????????????????????????????????；

b、計算機(jī)控制打開激光發(fā)生器，計算機(jī)向回轉(zhuǎn)臺輸入控制信號，調(diào)節(jié)回轉(zhuǎn)臺的兩個轉(zhuǎn)角，使激光發(fā)生器發(fā)射的激光照射到二維影像傳感器上形成光斑，計算機(jī)記錄回轉(zhuǎn)臺的末端激光發(fā)生器位姿及二維影像傳感器上的激光光斑坐標(biāo)，其中為已知量，由二維影像傳感器安裝位置確定；重復(fù)調(diào)節(jié)回轉(zhuǎn)臺的兩個轉(zhuǎn)角，使激光發(fā)生器從N個不同的角度照射到二維影像傳感器上，計算機(jī)記錄回轉(zhuǎn)臺的末端激光發(fā)生器位姿及二維影像傳感器上激光光斑的坐標(biāo)；計算機(jī)控制關(guān)閉激光發(fā)生器；

c、列方程組，求出運(yùn)動平臺的位姿。

進(jìn)一步，在步驟b中，二維影像傳感器上激光光斑的坐標(biāo)是在動坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；步驟c中，設(shè)動坐標(biāo)系到靜坐標(biāo)系o-xyz的齊次轉(zhuǎn)換矩陣為關(guān)于的函數(shù)，記為，其中為動坐標(biāo)系相對于靜坐標(biāo)系o-xyz的位置坐標(biāo)，分別為動坐標(biāo)系相對于靜坐標(biāo)系o-xyz的三個姿態(tài)角；