[發(fā)明專利]一種球鉸鏈空間轉(zhuǎn)角檢測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910734999.5
• 申請(qǐng)日: 2019-08-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110487217B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-12-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王文;徐建軒;許自鎳;陳占鋒;時(shí)光;楊賀;盧科青;仇文軍;吳海梅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B11/26
• 分類號(hào): G01B11/26
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 黃前澤

本發(fā)明公開(kāi)了一種球鉸鏈空間轉(zhuǎn)角檢測(cè)方法。目前，光學(xué)測(cè)角方式有限。本發(fā)明通過(guò)布置一個(gè)激光發(fā)射器和若干四象限光電探測(cè)器，根據(jù)四象限光電探測(cè)器的原理以及簡(jiǎn)單的三角關(guān)系，即可解算出球頭的空間二維轉(zhuǎn)角，即偏轉(zhuǎn)角和方位角。本發(fā)明對(duì)激光發(fā)射器的安裝位置要求不高，實(shí)現(xiàn)方式較為簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量，獲得較高的分辨率和測(cè)量精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于四象限光電探測(cè)器的球鉸鏈空間轉(zhuǎn)角檢測(cè)方法。

背景技術(shù)

球鉸鏈?zhǔn)且环N普遍采用的三自由度機(jī)械關(guān)節(jié)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)動(dòng)靈活和承載力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，成為并聯(lián)機(jī)構(gòu)、工業(yè)機(jī)器人(機(jī)械臂)和汽車零部件等機(jī)械設(shè)備中的關(guān)鍵構(gòu)件。例如，并聯(lián)機(jī)床作為新型的數(shù)控加工裝備，其中每一個(gè)支鏈均通過(guò)鉸鏈與動(dòng)、靜平臺(tái)相連，系統(tǒng)的準(zhǔn)靜態(tài)誤差對(duì)機(jī)床精度的影響約占70％，而球鉸鏈誤差對(duì)準(zhǔn)靜態(tài)誤差有著重要影響。由于球鉸鏈的運(yùn)動(dòng)受制于鉸鏈的關(guān)節(jié)間隙和結(jié)構(gòu)剛性等，引起的運(yùn)動(dòng)誤差影響系統(tǒng)的傳動(dòng)精度，因此球鉸空間回轉(zhuǎn)角度的檢測(cè)對(duì)系統(tǒng)誤差預(yù)測(cè)分析、反饋和補(bǔ)償十分必要，有利于運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制的優(yōu)化。

傳統(tǒng)的角度測(cè)量以單自由度運(yùn)動(dòng)對(duì)象為主，通常有機(jī)械式測(cè)角、電磁式測(cè)角和光學(xué)測(cè)角等方法。其中，光學(xué)測(cè)量技術(shù)的研究與應(yīng)用得到較快發(fā)展，由于測(cè)角方法不同導(dǎo)致檢測(cè)儀器種類多樣，如光電編碼器法、圓光柵法、激光干涉法、環(huán)形激光法等，大多數(shù)應(yīng)用于小角度的精密測(cè)量中，可以獲得較高的分辨率和測(cè)量精度，然而對(duì)于360°整周角度測(cè)量還需作適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)。例如，日本多摩川精機(jī)株式會(huì)社濱信治提出球體絕對(duì)角度的測(cè)量方法，其中球體由透明材料或能夠透射可被圖像識(shí)別裝置識(shí)別的電磁波材料制成，可在球體表面上噴涂圖案為QR二維或一維條形碼，在編碼中記錄位置等信息。通過(guò)球體外部設(shè)置圖像識(shí)別裝置，對(duì)于檢測(cè)到的圖案進(jìn)行處理后獲得球體角度信息，然而該測(cè)量方法在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合中尚未發(fā)現(xiàn)，其實(shí)際效果還有待商榷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于四象限光電探測(cè)器的球鉸鏈空間轉(zhuǎn)角檢測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)球鉸鏈偏轉(zhuǎn)角和方位角的測(cè)量。

本發(fā)明的具體步驟如下：

1)將半球形殼體固定在球頭輸出桿上，使得半球形殼體與球頭同心，且半球形殼體朝向球頭。

2)在球窩處固定設(shè)置一個(gè)激光發(fā)射器。

3)在半球形殼體內(nèi)球面布置沿經(jīng)線方向排布的n個(gè)四象限光電探測(cè)器組，四象限光電探測(cè)器組由沿緯線方向均布固定在半球形殼體內(nèi)球面的N個(gè)四象限光電探測(cè)器組成；相鄰四象限光電探測(cè)器組的四象限光電探測(cè)器沿經(jīng)線方向一一對(duì)齊；各個(gè)四象限光電探測(cè)器組中沿同一經(jīng)線對(duì)齊的相鄰兩個(gè)四象限光電探測(cè)器的重合邊邊長(zhǎng)相等；在一根經(jīng)線上對(duì)齊的所有四象限光電探測(cè)器的經(jīng)線方向?qū)ΨQ中心線均為該經(jīng)線的內(nèi)切正多邊形的邊；然后對(duì)布置的四象限光電探測(cè)器進(jìn)行順序編排，具體如下：緯度最低的四象限光電探測(cè)器組中各四象限光電探測(cè)器從1至N依次順序編號(hào)，n個(gè)四象限光電探測(cè)器組根據(jù)緯度由低到高依次編號(hào)，第i個(gè)四象限光電探測(cè)器組中與緯度最低的第一個(gè)四象限光電探測(cè)器組中第j個(gè)四象限光電探測(cè)器沿經(jīng)線方向?qū)R的四象限光電探測(cè)器編號(hào)為j+(i-1)N，1≤j≤N，2≤i≤n；N≥20，n≥8；

4)建立笛卡爾坐標(biāo)系O-XYZ，坐標(biāo)系原點(diǎn)O設(shè)置在球頭中心處，X軸和Y軸構(gòu)成的平面XY與緯線所在平面平行，緯線所在平面平行于球窩底面；Z軸垂直于平面XY。