[實用新型]一種關節臂式坐標測量機的自標定系統

有效

• 申請號: 201420712471.0
• 申請日: 2014-11-24
• 公開（公告）號: CN204286388U
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發明（設計）人: 高貫斌;張懷山;那靖;劉暢;郭瑜
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: G01B21/00
• 分類號: G01B21/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及一種關節臂式坐標測量機的自標定系統，屬于自標定領域。

背景技術

關節臂式坐標測量機是一種多自由度坐標測量設備，現在多用在工業現場測量、產品逆向設計等領域。關節臂式坐標測量機采用類似關節機器人的空間開鏈式結構，這種結構使關節臂式坐標測量機具有體積小、測量范圍大、靈活輕便的特點，但這種結構形式存在誤差累積放大的缺點，各級關節的結構參數誤差會被逐級放大，從而造成測量機的精度降低。

運動學標定是消除關節臂式坐標測量機結構參數誤差的有效方法，但由于結構形式的巨大差異，傳統的正交坐標測量機的標定方法無法直接應用于關節臂式坐標測量機上，而機器人領域的標定方法一般都要借助激光跟蹤儀、激光干涉儀等昂貴的精密測量儀器，且標定操作步驟繁瑣、標定時間長，因此也應用成本很高。目前研究較多的基于單點的標定方法，由于關節臂式坐標測量機的運動空間受限，部分關節運動不充分，因此采集到的數據相似度較高，在結構參數解算時容易陷入局部極小解，得到的結構參數精度較低，從而無法有效提高關節臂式坐標測量機的精度。

發明內容

本實用新型提供了一種關節臂式坐標測量機的自標定系統，通過增大標定操作時各關節的運動空間，使采集到的數據廣泛而無死角，從而提高結構參數解算的魯棒性和精度，并提高關節臂式坐標測量機的精度。

本實用新型的技術方案是：一種關節臂式坐標測量機的自標定系統，包括自標定裝置、關節臂式坐標測量機12、計算機15、自標定裝置電纜16、關節臂式坐標測量機電纜17，所述計算機15含有數據采集卡；其中自標定裝置通過自標定裝置電纜16與計算機15連接通訊，關節臂式坐標測量機12通過關節臂式坐標測量機電纜17與計算機15連接通訊；通過計算機15控制數據采集卡采集自標定裝置的有效長度和關節臂式坐標測量機12的轉角；所述自標定裝置的有效長度為基準球3球心和鋼球測頭11球心的距離。

所述自標定裝置包括磁性錐座1、固定平臺2、基準球3、支撐軌4、連接桿5、滑動軌6、保護殼7、光柵尺8、光柵讀數頭9、磁性錐孔桿10、鋼球測頭11、保護殼固定螺栓13、讀數頭安裝螺栓14；其中磁性錐座1通過螺栓安裝在固定平臺2上，基準球3依靠磁力與磁性錐座1連接，基準球3與導向副的支撐軌4通過連接桿5連接在一起，導向副由支撐軌4、滑動軌6和保護殼7組成，支撐軌4上安裝有光柵尺8，滑動軌6上通過讀數頭安裝螺栓14安裝有光柵讀數頭9，保護殼7通過保護殼固定螺栓13安裝在支撐軌4上用以保護光柵尺8和光柵讀數頭9，由光柵讀數頭9將當前自標定裝置的有效長度讀取出來，用于結構參數辨識計算，磁性錐孔桿10的一端通過螺紋與滑動軌6連接，磁性錐孔桿10的另一端的錐孔與鋼球測頭11通過磁力連接，鋼球測頭11安裝在關節臂式坐標測量機12上。

所述基準球3為鋼質基準球。

本實用新型的工作原理是：將關節臂式坐標測量機的鋼球測頭11與自標定裝置的磁性錐孔桿10通過磁力連接，鋼球測頭11與基準球3之間的距離通過安裝在自標定裝置內部的光柵尺8讀取，根據采集到的鋼球測頭11與基準球3之間的距離和關節臂式坐標測量機12的關節轉角數據，通過運動學方程得到以測量機結構參數為未知量的方程式，按照關節轉角變換順序可以得到一系列方程式，聯立所得到的方程式即可得到結構參數辨識方程組，求解結構參數辨識方程組即可得到測量機的結構參數、實現測量機的標定。

具體步驟如下：

Step1、上電，打開自標定裝置和關節臂式坐標測量機12；

Step2、將自標定裝置與關節臂式坐標測量機12回零，并將鋼球測頭11與磁性錐孔桿10吸合，則實現自標定裝置與關節臂式坐標測量機12連接在一起；

Step3、將關節臂式坐標測量機12移動至初始位姿且滿足初始化計數變量i＝0；

Step4、判斷是否完成了標定數據采集操作：

若尚未完成則轉至步驟Step5；若已完成標定數據采集操作則轉至步驟Step8；

Step5、計數變量自增1：i＝i+1；

Step6、通過數據采集卡采集第i組自標定裝置的有效長度l_i和關節臂式坐標測量機12的轉角數據；

Step7、變換關節臂式坐標測量機12的位姿，變換的原則為：按照關節順序的大小依次變換每個關節的轉角；其中所有關節變換次數之和為n且每個關節變換的次數為5次以上(包括5次)；每變換一次之后就返回到步驟Step4進行判斷；

Step8、完成標定數據采集后，令n＝i；