CN111006625A - 平面位移测量装置、平面运动设备及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种平面位移测量装置、一种平面运动设备及使用方法，属于运动控制领域。一种平面位移测量装置包括两组坐标测量仪，每组坐标测量仪包括转动轴平行于定位轴线设置的转动副、移动方向垂直于定位轴线设置的移动副、用于测量转动幅转动角度的角位移传感器、用于测量移动副伸缩量的直线位移传感器，该两组坐标测量仪的转动轴和定位轴线均设置在第二平面内，并设置在定位轴线的两侧。一种平面运动设备，包括静物、动物、两组平面运动模组和平面位移测量装置。一种使用平面运动设备的方法，控制动物按其偏离向量平移，并通过平面位移测量装置反馈的动物位置确立动物复位，完成动物复位到静物的初始位置的目标。

Description

平面位移测量装置、平面运动设备及其使用方法

技术领域

本发明涉及运动控制技术领域，具体涉及一种平面位移测量装置、一种平面运动设备及其使用方法。

背景技术

某种设备，包括外筒和设置在外筒内的内筒，所述外筒内虚设一条定位轴线，内筒设置在外筒内并能够在以定位轴心为法线的平面内运动。在使用时，内筒会不受控的偏离其在外筒内的初始位置，需要将其复位到初始位置。要将内筒复位到其在外筒内的初始位置，需要测量内筒的位置，并通过驱动部驱动内筒复位到初始位置。但是，内筒偏离外筒的过程为不受控偏离，也即是内筒在平面内的运动为旋转、滑移等复合运动。

公开于2014年7月2日的中国专利文献CN103900478A记载了一种平面运动测量装置，用于测量运动体在平面上X、Y及Rz方向的位移，包括三组一维光栅测量机构，其中两组一维光栅测量机构位于所述运动体的X方向上，另外一组一维光栅测量机构位于所述运动体的Y方向上，其中，每组一维光栅测量机构包括两组移动副以及一组转动副，所述两组移动副的移动方向垂直，所述转动副与其中一组移动副可旋转式连接。该技术方案不能够测量平面内的复合运动位移。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种平面位移测量装置、一种平面运动设备及及其使用方法，以解决复合运动型平面位移不易测量、不易复位的技术问题。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种平面位移测量装置，用于连接静物和动物，在静物上虚设一条定位轴线，动物能够在垂直于所述定位轴线的第一平面内活动，所述平面位移测量装置包括两组坐标测量仪，每组所述坐标测量仪包括角位移传感器、直线位移传感器、转动轴平行于所述定位轴线设置的转动副、移动方向垂直于所述定位轴线设置的移动副，所述转动副包括第一固定件和转动杆，所述第一固定件用于与所述静物保持相对静止状态，所述角位移传感器用于测量所述转动杆相对于所述第一固定件的转动角度，所述移动副包括与所述转动杆固定连接的第二固定件和用于与所述动物可转动连接的移动杆，所述直线位移传感器用于测量所述移动杆相对于所述第二固定架的位移，该两组坐标测量仪的转动轴和所述定位轴线均设置在第二平面内，并设置在所述定位轴线的两侧。

优选的，所述角位移传感器的分辨率≤0.0055°，所述直线位移传感器的分辨率≤0.05mm。

一种平面运动设备，包括静物、动物、两组平面运动模组和前述的平面位移测量装置，在静物上虚设一条定位轴线，动物能够在垂直于所述定位轴线的第一平面内活动，每组所述平面运动模组具有固定部和用于带动所述动物在第一平面内运动的活动部，所述固定部与所述静物保持相对静止状态，所述活动部与所述动物可转动连接，且所述活动部与所述动物的转动轴、所述移动杆与所述动物的转动轴共轴设置；该两组平面位移测量装置的移动杆与所述动物的转动轴分别位于所述第二平面的两侧。

优选的，所述静物为外筒，所述动物为设置在所述外筒内的内筒。

优选的，所述活动部与所述动物转动副连接。

优选的，该两组坐标测量仪以所述定位轴线为中心对称安装在所述动物上。

一种使用前述的平面运动设备的使用方法，在所述第一平面上：设定①，在所述静物上虚设一条能够跟随静物运动的跟踪轴线，两组坐标测量仪分别为第一坐标测量仪、第二坐标测量仪，第一坐标测量仪、第二坐标测量仪以所述定位轴线为中心对称安装在所述动物上，初始状态时所述跟踪轴线与所述定位轴线重合；设定②，第二坐标测量仪的转动轴为坐标原点，第二坐标测量仪的移动杆伸长方向为X轴正向一侧，第一组坐标测量仪的转动轴位于Y轴正向一侧；设定③，在所述第一平面内，规定顺时针转动时角位移为负，顺时针转动定义为观察者和所述静物分别位于所述动物两侧；第二坐标测量仪的角位移传感器输出的角位移为其移动杆伸长方向与X轴正向夹角，第一坐标测量仪的角位移传感器输出的角位移为其移动杆伸长方向与X轴负向夹角；记第二坐标测量仪的移动杆与所述动物间的转动轴与第二坐标测量仪的转动副的转动轴的初始长度为L₁₀，第一坐标测量仪的移动杆与所述动物间的转动轴与第一坐标测量仪的转动副的转动轴的初始长度为L₂₀，第一坐标测量仪的转动轴与第二坐标测量仪的转动轴的距离为φ，包括以下步骤：

在某一时刻，第二坐标测量仪的角位移传感器输出角位移为α′，第二坐标测量仪的直线位移传感器输出直线位移为L′₁₁，第一坐标测量仪的角位移传感器输出角位移为β′，第一坐标测量仪的直线位移传感器输出直线位移为L′₂₁，当向量

时，控制该两组平面运动模组按向量

驱动所述动物平移，其中，L′₁＝L₁₀+L′₁₁，L′₂＝L₂₀+L′₂₁；

在第二坐标测量仪4的角位移传感器输出角位移为

第二坐标测量仪4的直线位移传感器输出直线位移为

第一坐标测量仪3的角位移传感器输出角位移为

第一坐标测量仪3的直线位移传感器输出直线位移为

时，控制该两组平面运动模组暂停动作，此时，所述静物的跟踪轴线与所述动物的跟踪轴线重合。

本发明的有益效果是：

本发明一种平面位移测量装置中，通过在动物上虚设一条跟随动物移动的跟踪轴线，在静物上虚设一条定位轴线，每组坐标测量仪与动物间的转动轴与第一平面的交点为确定的点，两组极坐标测量仪共能够在第一平面上形成两个确定的点，跟踪轴线与第一平面的交点为跟踪点，该两个确定的点与跟踪点的在第一平面的位置是确定的，定位轴线与第一平面的交点为定位点，由此，可以通过两组坐标测量仪测得该两个确定的点的坐标，结合已知的该两个确定的点与跟踪点的关系，确定跟踪点的坐标，从而确定跟踪点偏离定位点的位移。它既可以测量动物在第一平面内的旋转或滑移等位移，也可以测量动物在第一平面的旋转和滑移复合运动后的位移。

本发明一种平面运动设备可中，通过将平面位移测量装置安装在动物、静物和两组平面运动模组上，这样，可以在平面运动模组带动动物的跟踪轴线回归到定位轴线的过程中测量跟踪轴线与定位轴线的偏离位置，并借助平面运动模组带动动物复位到动物内的初始位置。并限定所述活动部与所述动物可转动连接，移动杆与动物可转动连接，活动部与动物的转动轴、移动杆与动物的转动轴共轴设置，这样，在动物复位过程中，坐标测量仪施加给动物的杂向力可以被平面运动模组抵消。

本发明一种使用平面运动设备的方法，通过控制平面运动模组带动动物滑移到静物内的初始位置，与通过控制平面运动模组带动动物分步移动到静物内的初始位置(也就是先控制转动幅复位，再控制移动副复位)相比，复位时间短，能够避免平面运动模组带动动物复位过程中动物产生新的偏离，及动物运动方向切换造成的晃动。常规的方法“先控制转动幅复位，再控制移动副复位”最简易，最容易实现，所以本领域技术人员不会这样想。

附图说明

图1为本发明一种坐标测量仪的前视图。

图2为图1的俯视图。

图3为本发明一种平面位移测量装置的结构示意图。

图4为本发明一种平面位移测量装置的某一时刻的示意图。

图5为图4中的第一坐标测量仪的变化示意图。

图6为图4中的第二坐标测量仪的变化示意图。

图中，11-转动副，111-第一固定架，112-转动杆，12-移动副，121-第二固定架，122-移动杆，21-静物，22-动物，3-第一坐标测量仪，4-第二坐标测量仪。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：一种平面位移测量装置，参见图1-3，用于连接静物21和动物22，在静物21上虚设一条定位轴线，动物22能够在垂直于定位轴线的第一平面内活动，平面位移测量装置包括两组坐标测量仪，分别为第一坐标测量仪3和第二坐标测量仪4，每组坐标测量仪均包括角位移传感器(未画)、直线位移传感器(未画)、转动轴平行于定位轴线设置的转动副11、移动方向垂直于定位轴线设置的移动副12，转动副11包括第一固定件111和转动杆112，第一固定件111用于与静物保持相对静止状态，例如，第一固定件111固定在静物上，或者固定在相对于静物静止的部位上，角位移传感器用于测量转动杆112相对于第一固定件111的转动角度，移动副12包括与转动杆112固定连接的第二固定件121和用于与动物22可转动连接的移动杆122，直线位移传感器用于测量移动杆122相对于第二固定架121的位移，第一坐标测量仪3的转动轴(这里具体指第一坐标测量仪3的转动副的转动轴)、第二坐标测量仪4的转动轴(这里具体指第二坐标测量仪4的转动副的转动轴)和定位轴线均设置在第二平面内，第一坐标测量仪3的转动轴(这里具体指第一坐标测量仪3的转动副的转动轴)、第二坐标测量仪4的转动轴(这里具体指第二坐标测量仪4的转动副的转动轴)分别设置在定位轴线的两侧。

优选的，角位移传感器的分辨率≤0.0055°，直线位移传感器的分辨率≤0.05mm。

实施例2：一种平面运动设备，参见图1-3，包括静物21、动物22、两组平面运动模组(未画)和前述的平面位移测量装置，在静物21上虚设一条定位轴线，动物22能够在垂直于定位轴线的第一平面内活动，每组平面运动模组具有固定部和用于带动动物22在第一平面内运动的活动部，固定部与静物21保持相对静止状态，活动部与动物22可转动连接，且活动部与动物22的转动轴、移动杆与动物22的转动轴共轴设置；该两组平面位移测量装置的移动杆与动物22的转动轴分别位于第二平面的两侧。一般的，固定部可以固定在静物21上。

优选的，静物21为外筒，动物22为设置在外筒内的内筒。

动物22能够相对于静物21在第一平面内运动的原因可以是静物21与动物22滑动连接，动物22无动力活动产生的在该第一平面内运动，也可以是该两组平面运动模组的活动部驱动动物22在该第一平面内运动，此时，活动部需要与动物22转动副连接。

实施例3：使用实施例2中的平面运动设备的方法，参见图3-6，在第一平面上：设定①，在所述静物上虚设一条能够跟随静物运动的跟踪轴线，两组坐标测量仪分别为第一坐标测量仪、第二坐标测量仪，第一坐标测量仪、第二坐标测量仪以所述定位轴线为中心对称安装在所述动物上，初始状态时所述跟踪轴线与所述定位轴线重合；设定②，第二坐标测量仪的转动轴为坐标原点，第二坐标测量仪的移动杆伸长方向为X轴正向一侧，第一组坐标测量仪的转动轴位于Y轴正向一侧；设定③，在所述第一平面内，规定顺时针转动时角位移为负，顺时针转动定义为观察者和所述静物分别位于所述动物两侧；第二坐标测量仪的角位移传感器输出的角位移为其移动杆伸长方向与X轴正向夹角，第一坐标测量仪的角位移传感器输出的角位移为其移动杆伸长方向与X轴负向夹角；记第二坐标测量仪的移动杆与所述动物间的转动轴与第二坐标测量仪的转动副的转动轴的初始长度为L₁₀，第一坐标测量仪的移动杆与所述动物间的转动轴与第一坐标测量仪的转动副的转动轴的初始长度为L₂₀，第一坐标测量仪的转动轴与第二坐标测量仪的转动轴的距离为φ，包括以下步骤：

在某一时刻，第二坐标测量仪的角位移传感器输出角位移为α′，第二坐标测量仪的直线位移传感器输出直线位移为L′₁₁，第一坐标测量仪的角位移传感器输出角位移为β′，第一坐标测量仪的直线位移传感器输出直线位移为L′₂₁，当向量

时，控制该两组平面运动模组按向量

驱动所述动物平移，其中，L′₁＝L₁₀+L′₁₁，L′₂＝L₂₀+L′₂₁；

在第二坐标测量仪4的角位移传感器输出角位移为

第二坐标测量仪4的直线位移传感器输出直线位移为

第一坐标测量仪3的角位移传感器输出角位移为

第一坐标测量仪3的直线位移传感器输出直线位移为

时，控制该两组平面运动模组暂停动作，此时，所述静物的跟踪轴线与所述动物的跟踪轴线重合。

上述过程的理论依据如下：

参见图3-6，在初始时刻，第二坐标测量仪4的角位移传感器输出角位移为α，第二坐标测量仪4的直线位移传感器输出直线位移为L₁₁，第一坐标测量仪3的角位移传感器输出角位移为β，第一坐标测量仪3的直线位移传感器输出直线位移为L₂₁，则a点坐标为(L₁ cosα,L₁ sinα)，b点坐标为(0,φ)，c点坐标为(-L₂ cosβ,φ-L₂ sinβ)，此时定位轴线、跟踪轴线的坐标为

其中L₁＝L₁₀+L₁₁，L₂＝L₂₀+L₂₁。

参见图3-6，在动物相对于静物运动后的某一时刻，第二坐标测量仪4的角位移传感器输出角位移为α′，第二坐标测量仪4的直线位移传感器输出直线位移为L′₁₁，第一坐标测量仪3的角位移传感器输出角位移为β′，第一坐标测量仪3的直线位移传感器输出直线位移为L′₂₁，则α′点坐标为(L′₁ cosα′,L′₁sinα′)，b点坐标为(0,φ)，c′点坐标为(-L′₂cosβ′,φ-L′₂sinβ′)，此时定位轴线坐标为

跟踪轴线坐标为

其中L′₁＝L₁₀+L′₁₁，L′₂＝L₂₀+L′₂₁。

若要使动物的跟踪轴线与静物的定位轴线重合，也即使静物的跟踪轴线归零，动物需按向量

平移，也即α′点需平移到α″点，c′点需平移到c″点，则α″点坐标为

c″点坐标为

则第二坐标测量仪4的角位移传感器输出角位移为

第二坐标测量仪4的直线位移传感器输出直线位移为

第一坐标测量仪3的角位移传感器输出角位移为

第一坐标测量仪3的直线位移传感器输出直线位移为

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种平面位移测量装置，用于连接静物和动物，在静物上虚设一条定位轴线，动物能够在垂直于所述定位轴线的第一平面内活动，其特征在于，所述平面位移测量装置包括两组坐标测量仪，每组所述坐标测量仪包括角位移传感器、直线位移传感器、转动轴平行于所述定位轴线设置的转动副、移动方向垂直于所述定位轴线设置的移动副，所述转动副包括第一固定件和转动杆，所述第一固定件用于与所述静物保持相对静止状态，所述角位移传感器用于测量所述转动杆相对于所述第一固定件的转动角度，所述移动副包括与所述转动杆固定连接的第二固定件和用于与所述动物可转动连接的移动杆，所述直线位移传感器用于测量所述移动杆相对于所述第二固定架的位移，该两组坐标测量仪的转动轴和所述定位轴线均设置在第二平面内，并设置在所述定位轴线的两侧。

2.如权利要求1所述的平面位移测量装置，其特征在于，所述角位移传感器的分辨率≤0.0055°，所述直线位移传感器的分辨率≤0.05mm。

3.一种平面运动设备，包括静物、动物、两组平面运动模组，其特征在于，还包括如权利要求1所述的平面位移测量装置，在静物上虚设一条定位轴线，动物能够在垂直于所述定位轴线的第一平面内活动，每组所述平面运动模组具有固定部和用于带动所述动物在第一平面内运动的活动部，所述固定部与所述静物保持相对静止状态，所述活动部与所述动物可转动连接，且所述活动部与所述动物的转动轴、所述移动杆与所述动物的转动轴共轴设置；该两组平面位移测量装置的移动杆与所述动物的转动轴分别位于所述第二平面的两侧。

4.如权利要求3所述的平面运动设备，其特征在于，所述静物为外筒，所述动物为设置在所述外筒内的内筒。

5.如权利要求3所述的平面运动设备，其特征在于，所述活动部与所述动物转动副连接。

6.如权利要求3所述的平面运动设备，其特征在于，该两组坐标测量仪以所述定位轴线为中心对称安装在所述动物上。

7.一种如权利要求3-6中任一项所述的平面运动设备的使用方法，在所述第一平面上：设定①，在所述静物上虚设一条能够跟随静物运动的跟踪轴线，两组坐标测量仪分别为第一坐标测量仪、第二坐标测量仪，第一坐标测量仪、第二坐标测量仪以所述定位轴线为中心对称安装在所述动物上，初始状态时所述跟踪轴线与所述定位轴线重合；设定②，第二坐标测量仪的转动轴为坐标原点，第二坐标测量仪的移动杆伸长方向为X轴正向一侧，第一组坐标测量仪的转动轴位于Y轴正向一侧；设定③，在所述第一平面内，规定顺时针转动时角位移为负，顺时针转动定义为观察者和所述静物分别位于所述动物两侧；第二坐标测量仪的角位移传感器输出的角位移为其移动杆伸长方向与X轴正向夹角，第一坐标测量仪的角位移传感器输出的角位移为其移动杆伸长方向与X轴负向夹角；

记第二坐标测量仪的移动杆与所述动物间的转动轴与第二坐标测量仪的转动副的转动轴的初始长度为L₁₀，第一坐标测量仪的移动杆与所述动物间的转动轴与第一坐标测量仪的转动副的转动轴的初始长度为L₂₀，第一坐标测量仪的转动轴与第二坐标测量仪的转动轴的距离为φ，其特征在于，包括以下步骤：

在某一时刻，第二坐标测量仪的角位移传感器输出角位移为α′，第二坐标测量仪的直线位移传感器输出直线位移为L′₁₁，第一坐标测量仪的角位移传感器输出角位移为β′，第一坐标测量仪的直线位移传感器输出直线位移为L′₂₁，当向量

时，控制该两组平面运动模组按向量

驱动所述动物平移，其中，L′₁＝L₁₀+L′₁₁，L′₂＝L₂₀+L′₂₁；

在第二坐标测量仪4的角位移传感器输出角位移为

第二坐标测量仪4的直线位移传感器输出直线位移为

第一坐标测量仪3的角位移传感器输出角位移为

第一坐标测量仪3的直线位移传感器输出直线位移为

时，控制该两组平面运动模组暂停动作，此时，所述静物的跟踪轴线与所述动物的跟踪轴线重合。

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