CN104236491B - 一种四绳牵引三自由度智能测量机器人 - Google Patents

一种四绳牵引三自由度智能测量机器人 Download PDF

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Abstract

一种四绳牵引三自由度智能测量机器人，其通过单片机控制四个电机进给，带动四根绳索伸缩，经过滑轮拉动测量平台，测量平台下的测头测量距离信号，信号经单片机处理得到坐标信号，再传送给上位机，上位机将信号拟合形成测量的曲面。本发明具有测量效率高、安装便携、精度高、工作空间大等特点。

Description

一种四绳牵引三自由度智能测量机器人
技术领域
本发明涉及一种基于绳牵引并联机构的绳索牵引式智能测量机器人，具体的说，是涉及一种用于测量自由曲面的四绳牵引三自由度智能测量机器人。
背景技术
目前，很多领域中都用到了绳牵引并联机构，至今已先后研制成功了用于起重、磨削、检测、材料吊装、机器人标定、加工、港口的货物吊装、船舶建设、海底打捞、废物清理、石油油井的灭火等样机，尤其在相机系统和吊装领域应用比较常见。其具有灵活性强、精度高、工作空间大等诸多优点。
坐标测量系统广泛应用于航空航天、汽车、叶轮机械等工业中，目前其实现方式一般是机器人、机械臂等结构形式，但是这种结构形式具有惯性大、灵活性低等缺点。因此，绳索牵引式智能测量机器人是将绳牵引并联机构应用于坐标测量系统中。
发明内容
本发明是一种四绳牵引三自由度智能测量机器人，克服了传统的三坐标测量装置对于物体的几何尺寸、形状和相对位置测量的不便，具有测量效率高、安装便携、精度高、工作空间大等特点，满足当前测量高效率、高精度和现场测量的需求。
本发明是这样实现的，一种四绳牵引三自由度智能测量机器人，它包括滑轮、绳索、电气控制器、步进电机、超声波测头、支架、测量平台，其特征在于：四个步进电机位于支架的四个底角，电气控制器位于支架左下方，绳索一端固定在步进电机的电机轴上，中间经过滑轮，绳索的另一端固定在测量平台上，超声波测头位于测量平台下，测量平台与超声波测头是柔性连接，所述电气控制器能通过键盘手动控制测量平台完成机械运动，并可控制紧急情况、设置复位状态和随时显示测头的空间坐标值，也可通过上位机来控制测量平台完成机械运动，同时电气控制器能够执行正解任务，即通过四根绳长算出测量平台位姿，将一系列的坐标值送到上位机进行拟合得到被测物体的几何尺寸、形状和相对位置。
所述电气控制器包括单片机、超声波测头、电机驱动器和步进电机，单片机分别连接超声波测头和电机驱动器，电机驱动器连接步进电机，所述单片机还可以连接键盘、显示器和上位机。
所述超声波测头始终保持向下，能测得竖直方向的距离。
单片机控制四个电机进给，带动四根绳索伸缩，经过滑轮拉动测量平台，测量平台下的测头测得距离信号，信号经单片机处理得到坐标信号，再传送给上位机，上位机将信号拟合形成测量的曲面。工作人员可以通过键盘手动控制单片机，从而使单片机控制电机来调整测量平台的位姿进行测量，也可以通过程序来自动测量。
本发明的技术效果是：具有测量效率高、安装便携、精度高、工作空间大等特点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的系统硬件框图。
在附图1中：1、滑轮 2、绳索 3、电气控制器 4、步进电机 5、超声波测头 6、支架7、测量平台 8、单片机 9、上位机 10、电机驱动器 11、步进电机。
具体实施方式
如图1、图2所示，本发明是这样实现的，四个步进电机4位于支架6的四个底角，电气控制器3位于支架6左下方，绳索2一端固定在步进电机4的电机轴上，中间经过滑轮1，绳索2的另一端固定在测量平台7上，超声波测头5位于测量平台7下，测量平台7与超声波测头5是柔性连接，所述电气控制器3能通过键盘手动控制测量平台完成机械运动，并可完成处理紧急情况、设置复位状态和随时显示测头空间坐标值的任务，也可通过上位机来控制测量平台完成机械运动，同时电气控制器能够执通过四根绳长算出测量平台位姿，再将一系列的坐标值送到上位机进行拟合，得到被测物体的几何尺寸、形状和相对位置。所述电气控制器3包括单片机8、超声波测头5、电机驱动器10和步进电机11，单片机8分别连接超声波测头5和电机驱动器10，电机驱动器10连接步进电机11，所述单片机8还可以连接键盘、显示器和上位机9。单片机8的P2口控制电机驱动器的DIR和PUL+端口的输入，其中DIR为方向输入端口，DIR输入为“1”时电机反转，DIR输入为“0”是电机正转；PUL+脚控制电机转动，上升沿有效；同时单片机8的P1口为键盘输入口，由程序判断哪个按键被按下，从而控制电机的运转方式；P0口为液晶显示器的输出口，而且单片机8的P3.7、P3.6、P3.5、分别连接液晶显示器的控制端口，数据/命令选择端口RS连接P3.7口，读/写选择端口R/W连接P3.6口，使能信号端口E连接P3.5口，液晶显示器能显示出超声波探头5所在的坐标以及其离被测曲面的定点距离；由单片机8的P3.4端口给超声波探头5的IO口TRIG一个至少10us的高电平信号，那么模块就会自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有回波信号，通过ECHO端口（连接P3.3口）输出一个高电平，高电平持续的时间为超声波从发射到返回的时间。因此测试距离S=(高电平时间time×声速(340m/s))/2，所述超声波测头5始终保持向下，能测得竖直方向的距离；上位机9和单片机8通过一对无线蓝牙串口连接，接收所测得的数据，并通过多元线性回归的方法对测得的数据做简单的3阶多项式拟合，重建被测曲面的形状。
单片机控制四个电机进给，带动四根绳索伸缩，经过滑轮拉动测量平台，测量平台下的测头测得距离信号，信号经单片机处理得到坐标信号，再传送给上位机，上位机将信号拟合形成测量的曲面。工作人员可以通过键盘手动控制单片机，从而使单片机控制电机来调整测量平台的位姿进行测量，也可以通过程序来自动测量。

Claims (3)

1.一种四绳牵引三自由度智能测量机器人，它包括滑轮、绳索、电气控制器、步进电机、超声波测头、支架、测量平台，其特征在于：四个步进电机位于支架的四个底角，电气控制器位于支架左下方，绳索一端固定在步进电机的电机轴上，中间经过滑轮，绳索的另一端固定在测量平台上，超声波测头位于测量平台下，测量平台与超声波测头是柔性连接，所述电气控制器能通过键盘手动控制测量平台完成机械运动，并可控制紧急情况、设置复位状态和随时显示测头的空间坐标值，也可通过上位机来控制测量平台完成机械运动，同时电气控制器能够执行正解任务，即通过四根绳长算出测量平台位姿，将一系列的坐标值送到上位机进行拟合得到被测物体的几何尺寸、形状和相对位置。
2.根据权利要求1所述的四绳牵引三自由度智能测量机器人，其特征在于：所述超声波测头始终保持向下，能测得竖直方向的距离。
3.根据权利要求1所述的四绳牵引三自由度智能测量机器人，其特征在于：所述测量平台是由四根绳索经过滑轮控制测量平台的空间三个自由度的运动，四根绳索的伸长、缩短分别由四个步进电机控制驱动。
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