运动部件空间位姿精度和轨迹拉线式测量系统和方法

摘要

本发明公开了一种运动部件空间位姿精度和轨迹拉线式测量系统和方法，基于并联机构原理，对包括工业机器人或立式铣床的大型设备的运动部件的空间位姿精度和轨迹进行测量，测量系统包括定位圆盘，球关节或万向接头，拉线编码器，数据线，数据采集卡和计算机；采用八个拉线编码器拉出八条测试线缆，与运动部件上的定位圆盘安装的八个球关节或万向接头连接，同时八个拉线编码器连接到数据采集卡上，通过计算机采集数据并分析计算，获得运动部件的位姿，在运动部件移动时，可以实时描绘移动轨迹，计算实时速度和加速度。本发明能简便实时测量机器人或立式铣床等大型设备运动部件的位姿与运动轨迹，成本低，结构简单，运动空间大，精度高。

主权项

一种运动部件空间位姿精度和轨迹拉线式测量方法，采用运动部件空间位姿精度和轨迹拉线式测量系统，基于并联机构原理，对包括工业机器人或立式铣床的大型设备（1）的运动部件的空间位姿精度和轨迹进行测量，该测量系统包括定位圆盘（2），球关节或万向接头（3），拉线编码器（4）；数据线（6），数据采集卡（7）和计算机（8）；所述定位圆盘（2）同轴安装在大型设备（1）的运动部件上并能够自由转动，八个球关节或万向接头（3）安装在定位圆盘（2）的下表面，八个拉线编码器（4）伸出的八条测试线缆分别连接在八个球关节或万向接头（3）上；八个拉线编码器（4）的安装方式为随机安放式或使用测量杆（5），必须保证八个拉线编码器（4）的基点基本处于一个平面，任意三点不共线，避免干涉；八个拉线编码器（4）通过数据线（6）连接数据采集卡（7），所述数据采集卡（7）连接计算机（8）；本系统还包括测量杆（5），八个所述拉线编码器（4）分别安装在对应的测量杆（5）上其特征在于，该方法的具体步骤如下：a．手动或自动测量任意六个拉线编码器（4）的基点两两之间的直线距离，并由数据采集卡（7）反馈得到这六条测试线缆的长度值；b．已知上述六条测试线缆的长度和六个拉线编码器（4）之间的空间分布后，以此为一组，根据并联机构的正运动学原理联立方程，并利用牛顿‑拉夫松法进行反复迭代求出解析解，计算出运动部件的一组位姿初值；c．通过排列组合，重新选取不同的六个拉线编码器（4）为一组，重复步骤a‑b，分别求出多组运动部件位姿初值，对位姿初值集合进行误差最小化处理，得到运动部件一个精确位姿解；d．操纵大型设备（1），使其运动部件运动，改变八个拉线编码器（4）的测试线缆的长度，重复步骤a‑c，得到运动部件的不同位姿解；e．计算机（8）记录下运动部件实时位姿，形成实时轨迹路线；根据采样间隔，由计算机（8）得到的运动轨迹计算出运动部件的速度和加速度。