CN104359445B - 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
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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
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
(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：
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
(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：
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lR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 (2)
1.一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。
2.根据权利要求1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
(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：
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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。
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Families Citing this family (6)
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|---|---|---|---|---|
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| 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 |
| 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 |
Citations (4)
| 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 |
| 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 |
Family Cites Families (1)
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|---|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
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| 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)
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