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专利号: 2023110911560
申请人: 聊城大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-04-10
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于三拉线位移传感器的位姿测量装置,其特征在于,包括:支架组件(1)、测量组件(3)、拉线组件(2)及标定组件(4),所述测量组件(3)安装在所述支架组件(1)的上侧,所述拉线组件(2)安装在所述测量组件(3)的上侧,所述标定组件(4)安装在所述测量组件(3)的中部;

所述支架组件(1)包括支架(11)、底板(12)及地脚螺钉(13);所述支架(11)四角分别安装有所述地脚螺钉(13),所述底板(12)安装在所述支架(11)下侧内部;

测量组件(3)包括定平台(31)、动平台(32)、法兰连体轴承(33)、拉线连接座(34)和姿态传感器(35),所述定平台(31)安装在所述支架(11)上侧内部,其周向均匀设有3个绳孔;

动平台(32)位于所述定平台(31)下方,与待测件或所述标定组件(4)相连;所述法兰连体轴承(33)安装在所述动平台(32)上;所述拉线连接座(34)套装在所述法兰连体轴承(33)的内圈内侧,其顶部设有绳孔;所述姿态传感器(35)安装在所述动平台(32)上;

所述标定组件(4)包括标定板(41)、标定光轴(45)、光轴连接座(44)及手柄螺栓(42);

所述标定板(41)安装在所述定平台(31)下端,其上设有多组固定间距的标定孔(411);所述标定光轴(45)设有2根,匹配所述标定孔(411)内,所述标定光轴(45)下端可与所述动平台(32)相连;所述光轴连接座(44)两侧设有光轴孔,套装在所述标定光轴(45)上,所述手柄螺栓(42)安装在所述定平台(31)上端,其螺栓穿过所述标定板(41)与所述光轴连接座(44)的中部螺纹联接,可将所述标定组件(4)固定在所述定平台(31)上。

2.根据权利要求1所述的基于三拉线位移传感器的位姿测量装置,其特征在于:所述拉线组件(2)数量为三组,周向均匀安装在所述定平台(31)上端的绳孔处;所述拉线组件(2)包括拉线传感器(21)、传感器支座(22)、轴承滑轮(23)及陶瓷导管(26),所述传感器支座(22)安装在所述定平台(31)上端,其下端设有绳孔与所述定平台(31)的绳孔相通,所述拉线传感器(21)安装在所述传感器支座(22)上端右侧,所述轴承滑轮(23)通过滑轮支座(24)安装在所述传感器支座(22)上端左侧,其上侧槽底与所述拉线传感器(21)的出绳口平齐,使拉绳(25)可水平引出,其右侧槽底与所述传感器支座(22)的绳孔对齐,使所述拉绳(25)经所述轴承滑轮(23)后呈竖直状态;所述陶瓷导管(26)套装在所述传感器支座(22)和所述定平台(31)相通的绳孔内,所述拉绳(25)经所述陶瓷导管(26)引出。

3.根据权利要求2所述的基于三拉线位移传感器的位姿测量装置,其特征在于:三个所述拉绳(25)分别固定在所述拉线连接座(34)上。

4.根据权利要求2所述的基于三拉线位移传感器的位姿测量装置,其特征在于:所述标定孔(411)至少为4组,且所述标定孔(411)及所述标定光轴(45)上端均设有锥形导引段,以保证所述标定光轴(45)顺利插入所述标定孔(411)。

5.一种基于三拉线位移传感器的位姿测量装置的测量方法,其特征在于:根据读取的姿态传感器(35)数据直接判断待测件的空间姿态,根据读取的拉线传感器(21)的数据和姿态传感器(35)的数据计算出待测件的空间位置,空间位置计算的具体步骤如下:S1:将动平台(32)与标定组件(4)相连,标定拉线传感器(21)的安装位置,具体步骤为:S11:建立定平台坐标系,该坐标系以标定板(41)安装中心为原点,以标定板(41)长度方向为X轴、定平台(31)法线方向为Z轴,Y轴符合右手定则;

S12:标记各测量位置处的拉绳(25)的绳长,将定平台(31)上的三个绳孔视为相应的拉线传感器(21)的安装位置,记为 ,该绳孔与拉线连接座(34)的绳孔间的距离视为绳长;若拉线传感器(21)在定平台(31)绳孔位置和某测量位置处的输出分别为 、 ,则该测量位置处拉线传感器(21)的绳长为:   (1)

其中, 为拉线传感器(21)的编号;

为测量位置编号;

S13:标记基于标定组件(4)的各测量位置,由于标定板(41)上各组标定孔(411)沿X轴等间距分布,若最左侧标定孔(411)对应的测量位置为 ,则其右侧各组标定孔(411)对应的测量位置依次为 , 为沿X轴方向相邻的标定孔(411)间距;

S14:各测量位置应满足非线性方程组:

     (2)

该非线性方程组共有10个未知数,每个测量位置可引入3个方程,故需要至少4个测量位置;

S15:采用Newton‑Raphson法求解该非线性方程组,获得迭代近似解,以各轴孔的设计位置为初值代入算法,进行迭代求解,直至偏差小于设定值;

S2:取下标定组件(4),将动平台(32)与待测件相连,计算待测件的空间位置,具体步骤为:S21:根据S1求得的拉线传感器(21)的安装位置 以及测得的绳长 ,计算拉线连接座(34)的绳孔的空间位置 ,其应满足方程组:

   (3)

S22:结合姿态传感器(35)测得的动平台(32)姿态数据,计算待测件的空间位置;

建立动平台坐标系,该坐标系的原点为拉线连接座(34)的绳孔,初始状态时各坐标轴方向与定平台坐标系相同;设动平台(32)的姿态矩阵为 ,待测件上选定点在动平台坐标系的位置为 ,则其在定平台(31)坐标系的位置

可按下式求取:

  (4)。