CN100447528C

CN100447528C - 位姿测量平面传感器

Info

Publication number: CN100447528C
Application number: CNB2006100467635A
Authority: CN
Inventors: 徐志刚; 吴凤丽; 刘勇; 赵明扬; 辛立明
Original assignee: Shenyang Institute of Automation of CAS
Current assignee: Shenyang Institute of Automation of CAS
Priority date: 2006-05-31
Filing date: 2006-05-31
Publication date: 2008-12-31
Anticipated expiration: 2026-05-31
Also published as: CN101082482A

Abstract

一种位姿测量平面传感器，包括安装座、连杆和用于测量角度的编码器，其中左安装座安装在固定位置上，右安装座安装于被测物体上，左安装座与右安装座之间为左连杆、右连杆与三个旋转副的串联结构；每个旋转副上安装有编码器。采用本发明能高精度、实时、快速的检测出物体在平面内三自由度位姿。

Description

位姿测量平面传感器

技术领域

本发明涉及位姿测量跟踪技术，具体地说是一种基于三个旋转副串联的三自由度串联位姿跟踪的新型结构平面传感器。它适合平板类物体在X-Z平面内的位姿测量跟踪。

背景技术

现有的位姿测量跟踪机械式传感器技术中，由于应用的条件、环境不同导致具有特定精度的专用传感器的种类和形式较多，但都仅适用于特定环境。在同类机械式传感器中尚没有能高精度、实时、快速的检测出物体在平面内三自由度位姿的传感器装置。

发明内容

为了满足被测物体的测量要求，本发明的目的是提供一种具有能计算出实时解析解、跟踪速度快、测量精度高的新型位姿测量平面传感器装置。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：包括安装座、连杆和用于测量角度的编码器，其中左安装座安装在固定位置上，右安装座安装于被测物体上，左安装座与右安装座之间为左连杆、右连杆与三个旋转副的串联结构；每个旋转副上安装有编码器；

具体结构为：由左安装座、左轴、左连杆、中安装座、中轴、右连杆、右轴、右安装座、右编码器、中编码器、左编码器组成，左连杆一端通过左轴旋转式安装在左安装座上，左连杆另一端与中安装座相连，右连杆一端通过中轴旋转式安装于中安装座上，右连杆的另一端通过右轴旋转式安装于右安装座上；左编码器、中编码器、右编码器分别设在左安装座、中安装座、右安装座上；所述右安装座与被测物体相连，左安装座安装在固定位置上；所述左连杆和右连杆长度相等；所述左轴、中轴、右轴与左连杆、右连杆之间设有轴承。

本发明工作原理如下：

本发明通过左安装座工作时安装在固定位置上，右安装座8安装于被测物体上，中间由左连杆、右连杆通过三个旋转副实现串联结构。每个旋转副上安装有角度编码器，当被测物体位姿发生变化时，三个角度编码器可以测量出左连杆相对固定位置的旋转角，右连杆相对左连杆的旋转角、被测物体相对右连杆的旋转角三个角度。利用位姿计算公式就可以计算得到被测物体的位姿变化情况。

本发明具有如下优点：

1.测量精度高。由于本发明利用长度不变的连杆(左连杆和右连杆)，三个同型号角度编码器来实现对平板类物体的平面内位姿检测。这种结构形式简单，误差源少，所以测量精度高，特别适用于平板类物体的平面内位姿检测。

2.能实时、准确的测量出被测物体在平面内的位姿。由于本发明具有功能性元件少，结构简单、紧凑，计算公式简捷的特点，可以实现实时跟踪检测。具有测量结果快速、准确的优点。

附图说明

附图1为本发明结构设计装配图。

具体实施方式

下面结合附图1对本发明作进一步详细说明。

如附图1所示，本发明由左安装座1、左轴2、左连杆3、中安装座4、中轴5、右连杆6、右轴7、右安装座8、右编码器9、中编码器10、左编码器11组成，左连杆3一端通过左轴2安装在左安装座1上，左连杆3能够相对左安装座1转动，安装于左安装座1上的左编码器11可测量出此转动角度。左连杆3另一端安装在中安装座4上，右连杆6一端通过中轴5安装于中安装座4上，右连杆6能够相对左连杆3转动，安装于中安装座4上的中编码器10可测量出此转动角度。右连杆6的另一端通过右轴7安装于右安装座8上，右安装座8能够相对右连杆6转动，安装于右安装座8上的右编码器9可测量出此转动角度。利用三个编码器测量出的角度变化就可计算出被测物体的位姿变化情况。

其中：所述左轴2、中轴5、右轴7与左连杆3、右连杆6之间安装有轴承。

本发明工作过程如下：当被测物体在本发明测量范围内发生位姿变化时，安装在被测物体上的右安装座8也跟着发生相应的位姿变化，右安装座8带动右连杆6进而带动左连杆3发生相应的转动。左编码器11测量出左连杆相对固定位置的旋转角θ₁，中编码器10测量出右连杆相对左连杆的旋转角θ₂，右编码器9测量出被测物体相对右连杆的旋转角θ₃，左连杆3和右连杆6长度不变并且已知，利用位姿计算公式计算出被测物体在左安装座1建立的坐标系中的位置变化情况(此坐标系以左安装座1上轴承安装孔的左轴2轴心为原点)。可以实现对被测物体的快速准确的位姿检测。

位姿计算公式：

\{\begin{matrix} x = l_{1} \cos θ_{1} + l_{2} \cos (θ_{1} + θ_{2}) + c \cos (θ_{1} + θ_{2} + θ_{3}) \\ z = l_{1} \sin θ_{1} + l_{2} \sin (θ_{1} + θ_{2}) + c \sin (θ_{1} + θ_{2} + θ_{3}) \\ \hat{y} = θ_{1} + θ_{2} + θ_{3} \end{matrix}

其中：l₁左轴2轴心与中轴5轴心的直线距离，l₂右轴7轴心与中轴5轴心的直线距离，c右轴7轴心与被测物体中心的直线距离，θ₁左连杆3相对左安装座转过的角(即相对固定位置的旋转角)，θ₂右连杆相对左连杆的旋转角，θ₃被测物相对右连杆的旋转角。

发明的测量范围如下表：

Claims

1.一种位姿测量平面传感器，包括安装座、连杆和用于测量角度的编码器，其中左安装座安装在固定位置上，右安装座安装于被测物体上，左安装座与右安装座之间为中安装座，通过左连杆、右连杆构成串联结构；每个安装座上均安装有编码器。

2.按照权利要求1所述位姿测量平面传感器，其特征在于：具体结构为：由左安装座(1)、左轴(2)、左连杆(3)、中安装座(4)、中轴(5)、右连杆(6)、右轴(7)、右安装座(8)、右编码器(9)、中编码器(10)、左编码器(11)组成，左连杆(3)一端通过左轴(2)旋转式安装在左安装座(1)上，左连杆(3)另一端与中安装座(4)相连，右连杆(6)一端通过中轴(5)旋转式安装于中安装座(4)上，右连杆(6)的另一端通过右轴(7)旋转式安装于右安装座(8)上；左编码器(11)、中编码器(10)、右编码器(9)分别设在左安装座(1)、中安装座(4)、右安装座(8)上。

3.按照权利要求2所述位姿测量平面传感器，其特征在于：所述左连杆(3)和右连杆(6)长度相等。

4.按照权利要求2所述位姿测量平面传感器，其特征在于：其中：所述左轴(2)、中轴(5)、右轴(7)与左连杆(3)、右连杆(6)之间设有轴承。