CN104359445A - 基于拉绳编码器的串联运动机构参数误差测量装置及方法 - Google Patents

基于拉绳编码器的串联运动机构参数误差测量装置及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104359445A
CN104359445A CN201410637388.6A CN201410637388A CN104359445A CN 104359445 A CN104359445 A CN 104359445A CN 201410637388 A CN201410637388 A CN 201410637388A CN 104359445 A CN104359445 A CN 104359445A
Authority
CN
China
Prior art keywords
error
stay cord
pull rope
parameter
testee
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201410637388.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104359445B (zh
Inventor
张得礼
王珉
陶克梅
丁力平
陈文亮
王仙苗
周伟
王夫康
宏伟松
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to CN201410637388.6A priority Critical patent/CN104359445B/zh
Publication of CN104359445A publication Critical patent/CN104359445A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104359445B publication Critical patent/CN104359445B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/20—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring contours or curvatures, e.g. determining profile

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于拉绳编码器的串联运动机构参数误差测量装置及方法，包括底座、拉线编码器、转动轴、动滑轮、定滑轮、数据采集卡和PC机，所述底座上设置有定位孔，所述拉线编码器设置于所述底座的一端，所述定滑轮固定于所述底座的另一端，所述转动轴设置与所述拉线编码器上的一侧，所述动滑轮安装于所述转动轴上，所述拉线编码器的拉线依次绕过定滑轮和所述动滑轮后与被测物体连接，所述拉线编码器的信号输出端通过所述数据采集卡与所述PC机连接。与现有技术相比，本发明测量系统结构简单，只用一台结构简单的拉绳编码器，维护方便，成本低；对环境要求低，操作简单；携带方便。

Description

基于拉绳编码器的串联运动机构参数误差测量装置及方法
技术领域
本发明涉及一种机械结构参数测量装置和方法，尤其涉及一种基于拉绳编码器的串联运动机构参数误差测量装置及方法。
背景技术
三坐标测量仪是一种常见的用于空间测量的大型三维测量系统，能够以很高的精度测出工件的曲面特征参数，但该系统的缺点在于体积过于庞大，价格高，移动不方便。另一种是常用的是激光跟踪仪，其测量精度高，测量范围广，但其动态测量速度有所限制，且价格过于昂贵。目前还没有一套价格低廉，结构简单、操作方便的运动机构的结构参数误差测量装置。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种基于拉绳编码器的串联运动机构参数误差测量装置及方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
本发明基于拉绳编码器的串联运动机构参数误差测量装置，包括底座、拉线编码器、转动轴、动滑轮、定滑轮、数据采集卡和PC机，所述底座上设置有定位孔，所述拉线编码器设置于所述底座的一端，所述定滑轮固定于所述底座的另一端，所述转动轴设置与所述拉线编码器上的一侧，所述动滑轮安装于所述转动轴上，所述拉线编码器的拉线依次绕过定滑轮和所述动滑轮后与被测物体连接，所述拉线编码器的信号输出端通过所述数据采集卡与所述PC机连接。
本发明基于拉绳编码器的串联运动机构参数误差测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)固定一台拉绳编码器于被测物体的运动空间合适位置；
(2)拉绳端固定于被测物体运动机构的末端并随运动机构运动；
(3)给定被测物体的运动指令让其运动到指令位置；
(4)计算理论运动距离与拉绳编码器测出的实际运动距离之差；
(5)重复步骤三和步骤四获得多组运动距离误差；
(6)建立基于运动距离误差的参数误差计算模型；
(7)把空间变换矩阵A和运动距离误差代入参数误差计算模型，获得各参数的误差。
进一步，所述步骤(6)中的参数误差计算模型具体步骤如下：
(a)建立被测物体运动机构相邻轴坐标系的齐次变换矩阵；
(b)计算为齐次变换矩阵对第i个参数的偏导数；
(c)计算被测物体运动机构每个相邻轴的坐标系误差矩阵C，为1×n阶矩阵，其每一项为 c 0,1 = T 0 1 · A qi · T 1 N ( i = 0 · · · N ) ;
(d)串联运动机构在笛卡尔工作空间的任意两点i、i+1间的距离误差与绝对位置误差、参数误差间的关系可表述为：
Δl ( i , j ) = [ x R ( i + 1 ) - x R ( 1 ) l R ( i , i + 1 ) , x R ( i + 1 ) - x R ( i ) l R ( i , i + 1 ) , x R ( i + 1 ) - x R ( i ) l R ( i , i + 1 ) ] · x R y R z R · ( C j - C i ) · Δq ( i ≠ j )
式中：xR(i)、yR(i)、zR(i)为指令轨迹上任意一点在串联运动机构坐标系OR、XR、YR、ZR中的笛卡尔位置坐标，lR(i，i+1)为指令轨迹上第i点与i+1点间的距离。
本发明的有益效果在于：
本发明是一种基于拉绳编码器的串联运动机构参数误差测量装置及方法，与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、测量系统结构简单，只用一台结构简单的拉绳编码器，维护方便，成本低；
2、对环境要求低，操作简单；
3、携带方便。
附图说明
图1是本发明的测量装置结构示意图；
图2是本发明的部分结构示意图；
图中：1-底座、2-拉线编码器、3-转动轴、4-动滑轮、5-定滑轮、6-被测物体、7-数据采集卡、8-PC机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1所示：本发明基于拉绳编码器的串联运动机构参数误差测量装置，包括底座1、拉线编码器2、转动轴3、动滑轮4、定滑轮5、数据采集卡7和PC机8，底座1上设置有定位孔，拉线编码器2设置于底座1的一端，定滑轮5固定于底座1的另一端，转动轴3设置与拉线编码器2上的一侧，动滑轮4安装于转动轴3上，拉线编码器2的拉线依次绕过定滑轮5和动滑轮4后与被测物体6连接，拉线编码器2的信号输出端通过数据采集卡7与PC机8连接。
本发明基于拉绳编码器的串联运动机构参数误差测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)固定一台拉绳编码器于被测物体的运动空间合适位置；
(2)拉绳端固定于被测物体运动机构的末端并随运动机构运动；
(3)给定被测物体的运动指令让其运动到指令位置；
(4)计算理论运动距离与拉绳编码器测出的实际运动距离之差；
(5)重复步骤三和步骤四获得多组运动距离误差；
(6)建立基于运动距离误差的参数误差计算模型；
(7)把空间变换矩阵A和运动距离误差代入参数误差计算模型，获得各参数的误差。
进一步，所述步骤(6)中的参数误差计算模型具体步骤如下：
(a)建立被测物体运动机构相邻轴坐标系的齐次变换矩阵；
(b)计算为齐次变换矩阵对第i个参数的偏导数；
(c)计算被测物体运动机构每个相邻轴的坐标系误差矩阵C，为1×n阶矩阵，其每一项为 c 0,1 = T 0 1 · A qi · T 1 N ( i = 0 · · · N ) ;
(d)串联运动机构在笛卡尔工作空间的任意两点i、i+1间的距离误差与绝对位置误差、参数误差间的关系可表述为：
Δl ( i , j ) = [ x R ( i + 1 ) - x R ( 1 ) l R ( i , i + 1 ) , x R ( i + 1 ) - x R ( i ) l R ( i , i + 1 ) , x R ( i + 1 ) - x R ( i ) l R ( i , i + 1 ) ] · x R y R z R · ( C j - C i ) · Δq ( i ≠ j )
式中：xR(i)、yR(i)、zR(i)为指令轨迹上任意一点在串联运动机构坐标系OR、XR、YR、ZR中的笛卡尔位置坐标，lR(i，i+1)为指令轨迹上第i点与i+1点间的距离。
实施例：
一、系统构建
用当量为1um/脉冲的拉绳编码器、动滑轮、定滑轮、数据采集卡和PC机组成测量系统；拉绳编码器的拉绳能够通过动滑轮、定滑轮和转动轴实现任意角度旋转时拉绳不会因受到径向力而磨损；拉绳编码器的伸缩信号以正交脉冲信号输出，经过具有脉冲接口的数据采集卡解码后得到拉绳的伸缩脉冲计数；PC机通过以太网通信接口从数据采集卡内读出拉绳编码器伸缩的脉冲计数，用脉冲计数＊1um/脉冲得到拉绳的伸缩距离。
二、测量过程
实施步骤(1)、(2)和(3)获得共机构参数个数×运动轴个数+1组拉绳实际伸缩距离和运动指令笛卡尔位置坐标xR、yR、zR
三、数据处理和计算
输入各运动轴的理论参数；计算指令轨迹上所有相邻两点运动距离1R及其与拉绳编码器伸缩距离之差Δl；建立基于运动距离误差的参数误差计算模型；把获得的所有已知量代入参数误差计算模型形成方程组，利用最小二乘法解该方程组解出各参数的误差。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种基于拉绳编码器的串联运动机构参数误差测量装置，其特征在于：包括底座、拉线编码器、转动轴、动滑轮、定滑轮、数据采集卡和PC机，所述底座上设置有定位孔，所述拉线编码器设置于所述底座的一端，所述定滑轮固定于所述底座的另一端，所述转动轴设置与所述拉线编码器上的一侧，所述动滑轮安装于所述转动轴上，所述拉线编码器的拉线依次绕过定滑轮和所述动滑轮后与被测物体连接，所述拉线编码器的信号输出端通过所述数据采集卡与所述PC机连接。
2.一种基于拉绳编码器的串联运动机构参数误差测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)固定一台拉绳编码器于被测物体的运动空间合适位置；
(2)拉绳端固定于被测物体运动机构的末端并随运动机构运动；
(3)给定被测物体的运动指令让其运动到指令位置；
(4)计算理论运动距离与拉绳编码器测出的实际运动距离之差；
(5)重复步骤三和步骤四获得多组运动距离误差；
(6)建立基于运动距离误差的参数误差计算模型；
(7)把空间变换矩阵A和运动距离误差代入参数误差计算模型，获得各参数的误差。
3.根据权利要求2所述的基于拉绳编码器的串联运动机构参数误差测量方法，其特征在于：所述步骤(6)中的参数误差计算模型具体步骤如下：
(a)建立被测物体运动机构相邻轴坐标系的齐次变换矩阵；
(b)计算为齐次变换矩阵对第i个参数的偏导数；
(c)计算被测物体运动机构每个相邻轴的坐标系误差矩阵C，为1×n阶矩阵，其每一项为 c 0 , i = T 0 1 · A qi · T 1 N ( i = 0 . . . N ) ;
(d)串联运动机构在笛卡尔工作空间的任意两点i、i+1间的距离误差与绝对位置误差、参数误差间的关系可表述为：
Δl ( i , j ) = [ x R ( i + 1 ) - x R ( i ) l R ( i , i + 1 ) , x R ( i + 1 ) - x R ( i ) l R ( i , i + 1 ) , x R ( i + 1 ) - x R ( i ) l R ( i , i + 1 ) ] · x R y R z R · ( C j - C i ) · Δq ( i ≠ j )
式中：xR(i)、yR(i)、zR(i)为指令轨迹上任意一点在串联运动机构坐标系OR、XR、YR、ZR中的笛卡尔位置坐标，lR(i，i+1)为指令轨迹上第i点与i+1点间的距离。
CN201410637388.6A 2014-11-13 2014-11-13 基于拉绳编码器的串联运动机构参数误差测量装置及方法 Active CN104359445B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410637388.6A CN104359445B (zh) 2014-11-13 2014-11-13 基于拉绳编码器的串联运动机构参数误差测量装置及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410637388.6A CN104359445B (zh) 2014-11-13 2014-11-13 基于拉绳编码器的串联运动机构参数误差测量装置及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104359445A true CN104359445A (zh) 2015-02-18
CN104359445B CN104359445B (zh) 2018-02-09

Family

ID=52526730

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410637388.6A Active CN104359445B (zh) 2014-11-13 2014-11-13 基于拉绳编码器的串联运动机构参数误差测量装置及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104359445B (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105319500A (zh) * 2015-09-24 2016-02-10 国家电网公司 一种基于拉线式传感器的隔离开关在线监测系统及其方法
CN109099873A (zh) * 2018-09-30 2018-12-28 成都睿乐达机器人科技有限公司 一种分度单线式空间位置测量方法以及装置
CN109297482A (zh) * 2018-11-19 2019-02-01 彭椿皓 一种基于旋转编码器的位置测量系统和测量方法
CN109648606A (zh) * 2018-12-29 2019-04-19 深圳市越疆科技有限公司 Scara机器人的拉线测试方法
CN112229387A (zh) * 2020-10-30 2021-01-15 南京市计量监督检测院 一种路面起伏探测仪的误差检测装置
CN117589210A (zh) * 2024-01-16 2024-02-23 科瑞工业自动化系统（苏州）有限公司 一种拉绳编码器的测量装置和系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003114122A (ja) * 2001-07-30 2003-04-18 Mitsutoyo Corp 被検体表面形状、被検体表面形状測定系の系統誤差、及び、移動機構の移動誤差の同定方法
CN1570556A (zh) * 2004-05-12 2005-01-26 清华大学 刚体空间位姿测量装置及其测量方法
US20120032879A1 (en) * 2003-03-26 2012-02-09 Mimic Technologies, Inc. Method, Apparatus, and Article for Force Feedback Based on Tension Control and Tracking Through Cables
CN202748375U (zh) * 2012-09-07 2013-02-20 北京起重运输机械设计研究院 一种用于检测钢丝绳卷筒机构出绳速度的系统
CN103486989A (zh) * 2013-09-16 2014-01-01 南京航空航天大学 拉线式空间位置测量机构及测量方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003114122A (ja) * 2001-07-30 2003-04-18 Mitsutoyo Corp 被検体表面形状、被検体表面形状測定系の系統誤差、及び、移動機構の移動誤差の同定方法
US20120032879A1 (en) * 2003-03-26 2012-02-09 Mimic Technologies, Inc. Method, Apparatus, and Article for Force Feedback Based on Tension Control and Tracking Through Cables
CN1570556A (zh) * 2004-05-12 2005-01-26 清华大学 刚体空间位姿测量装置及其测量方法
CN202748375U (zh) * 2012-09-07 2013-02-20 北京起重运输机械设计研究院 一种用于检测钢丝绳卷筒机构出绳速度的系统
CN103486989A (zh) * 2013-09-16 2014-01-01 南京航空航天大学 拉线式空间位置测量机构及测量方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
龚成 等: "基于拉线位移传感器的动态空间位置测量方法", 《机械设计与制造工程》 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105319500A (zh) * 2015-09-24 2016-02-10 国家电网公司 一种基于拉线式传感器的隔离开关在线监测系统及其方法
CN109099873A (zh) * 2018-09-30 2018-12-28 成都睿乐达机器人科技有限公司 一种分度单线式空间位置测量方法以及装置
CN109099873B (zh) * 2018-09-30 2023-10-13 成都睿乐达机器人科技有限公司 一种分度单线式空间位置测量方法以及装置
CN109297482A (zh) * 2018-11-19 2019-02-01 彭椿皓 一种基于旋转编码器的位置测量系统和测量方法
CN109648606A (zh) * 2018-12-29 2019-04-19 深圳市越疆科技有限公司 Scara机器人的拉线测试方法
CN112229387A (zh) * 2020-10-30 2021-01-15 南京市计量监督检测院 一种路面起伏探测仪的误差检测装置
CN117589210A (zh) * 2024-01-16 2024-02-23 科瑞工业自动化系统（苏州）有限公司 一种拉绳编码器的测量装置和系统
CN117589210B (zh) * 2024-01-16 2024-04-23 科瑞工业自动化系统（苏州）有限公司 一种拉绳编码器的测量装置和系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN104359445B (zh) 2018-02-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104359445A (zh) 基于拉绳编码器的串联运动机构参数误差测量装置及方法
CN103645346B (zh) 检测和校准开关用测速器的机械特性模拟装置及校准方法
CN103712619B (zh) 一种基于航迹仪的高精度标绘控制方法
CN104316009A (zh) 一种基于拉绳编码器测量系统的动态测量误差补偿方法
CN106596087A (zh) 一种新型可实现全组件摩擦辨识的装置和方法
CN102607503A (zh) 基于倾角传感器的直线度测量仪及其直线度测量方法
CN102879032A (zh) 测角精度动态测量装置
CN110133316B (zh) 一种光电编码器精密测速系统及方法
CN102998043B (zh) 用于监测悬浮状态下直线电机动态推力的装置及方法
CN103411789A (zh) 作动器动态特性简易加载测试装置
CN101520348B (zh) 一种永磁直线电机定位力测量装置
CN204594408U (zh) 拉绳三维空间定位设备
CN105157583A (zh) 一种车轴轴颈长度测量系统
CN202707039U (zh) 一种高精度智能双核井深测量装置
CN201050976Y (zh) 一种角度尺
CN204064228U (zh) 数显式水轮发电机组空气间隙测量装置
CN102175147A (zh) 三坐标测量机的动态修正方法
CN105115462A (zh) 一种便于对所得数据进行修正的三坐标测量装置
CN204988283U (zh) 一种三轴动态测量机器人运动的装置
CN202592126U (zh) 一种齿轮测量装置
CN104236414A (zh) 一种机械运动装置定位精度的检测装置与方法
CN110181840A (zh) 工程胎缠绕胎面形状自动扫描测量分析装置及方法
CN203501983U (zh) 螺母驱动型滚珠丝杠副行程偏差和行程变动量的检测装置
CN203282919U (zh) 辅助制作桥架弯头的便捷工具
CN101865745B (zh) 一种多腔液压马达驱动的拖缆机缆绳张力的测量方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
EXSB Decision made by sipo to initiate substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
TA01 Transfer of patent application right
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20170712

Address after: Yudaojie Qinhuai District of Nanjing City, Jiangsu Province, No. 29 210016

Applicant after: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics

Address before: Yudaojie Baixia District of Nanjing City, Jiangsu Province, No. 29 221000

Applicant before: Zhang Deli

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant