CN116457158A - 用于校准并联运动学机构的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于与使用相关地校准并联运动学机构的方法，所述并联运动学机构具有可编程的操控部，所述方法包括步骤：借助于运动学耦联器，将单独的姿势标记体在单义地确定的位置和角位中可拆地防翻转地安装在并联运动学机构的平台或底板上；借助于姿势检测装置进行姿势标记体的姿势检测并且在姿势检测装置的坐标系统中确定姿势标记坐标系统；基于预定的第一坐标变换规则从姿势标记坐标系统确定并联运动学机构的校准的参考坐标系统；并且在并联运动学机构的操控部或者测量技术软件中存储并联运动学机构的校准的参考坐标系统；借助于坐标测量装置进行绝对坐标系统的姿势检测并且在姿势检测装置的坐标系统中确定绝对坐标系统；并且存储绝对坐标系统的姿势，并且提供两个存储的坐标系统或者在两个坐标系统之间的坐标变换，用于参考绝对坐标系统适配六腿并联机构运动。

Description

用于校准并联运动学机构的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于与使用相关地校准并联运动学机构的方法以及一种用于执行所述方法的装置，所述并联运动学机构具有可编程的操控部。

背景技术

所谓的并联运动学机构尤其是六腿并联机构，后者也称为斯图尔特平台，尤其是在生产工艺中在部件的高精度定位中应用，并且它们的使用领域在最近几年中迅速扩大。对于新开发的使用领域，例如在半导体技术中以及在集成电路制造中，要求极高精度。

这种并联运动学机构的具体情形是所谓的六腿并联机构，其在实践中已广泛应用。

US2013/0006421A公开一种用于与使用相关地校准并联运动学机构的装置，该并联运动学机构具有可编程的操控部，所述装置包括姿势标记体和运动学耦联器，所述运动学耦联器用于将姿势标记体在单义地确定的位置和角位中可松开地防翻转地安装在并联运动学机构的平台上。相应装置也从专利文献WO2010/128441A1、DE102018124898A1以及DE19858154A1可以得到。

发明内容

下面解释重要的术语，它们在本公开中被采用。

参考坐标系统

称为并联机器人的参考坐标系统的是如下的坐标系统，指令的姿势涉及所述坐标系统。通常有一个突出的参考坐标系统，其在结构规划中规定，但是其精确位置视校准方法的不同而可以变动到另一个地点。一旦在一个并联机器人的情况下没有参考坐标系统作为典范的参考坐标系统是突出的，那么参考坐标系统之一任意地表示为典范的参考坐标系统，因为在本说明书中一个突出的参考坐标系统是指明的。该参考坐标系统通过其零点定义在零姿势中的枢转点，并且通过其定向不仅定义各笛卡尔运动方向而且定义零角度，欧拉角的数据涉及所述零角度。

姿势标记

姿势标记是在刚性体上的标记，借助于该标记，姿势可以在空间中参考该刚性体的基准姿势被测量。姿势标记允许，将一个坐标系统附接在刚性体上，该坐标系的原点和定向在测量技术上能够借助于姿势标记确定。适合作为姿势标记的例如是三个不共线地设置的球，它们固定地与刚性体连接。通过这些球的中心点的坐标可以确定一个被附接的坐标系的姿态。另一个姿势标记可以通过一个固定的立方体实现，因为已经在三个成对地不平行的平面上可以将一个坐标系统固定。

空间配准

空间配准是一种规定，刚性体怎样基于其姿势标记而配有一个附接的坐标系统。借助于空间配准可以给一个具有姿势标记的刚性体配有一个姿势，只要一个基准坐标系统存在，在该基准坐标系统中可以定义该刚性体的姿势。

可获得的坐标系统

如果一个坐标系统关于空间配准的位置和定向通过坐标变换定义，则该坐标系统是可获得的。

可获得的参考坐标系统

并联机器人的可获得的参考坐标系统是一种坐标系统，其原点坐标和其定向相对于校准人工制品的第一坐标系统能被说明，如果其通过运动学界面与机舱连接的话，并且并联机器人已占据为此设置的突出的姿势，该姿势通常是其初始化姿势。

运动学界面

运动学界面是用于刚性地和可拆地连接两个刚性体的装置，两个刚性体通过这些界面能够精确可再现地并且确定性地在相同姿势中相互固定。该装置包括两个彼此适配的部件，在本文中称为界面部件，其中，两个要相互连接的刚性体之中的任一个刚性体具有这样的界面，并且通过运动学界面实现连接。

各界面部件彼此适配，按照在电子技术中的“插头和插座”的构思。重要的是，插头和插座能够以正好一种方式相互耦联，这例如在欧标插头的情况下排除对称性。

适宜的是，存在各界面部件的容易的可拆的并且能容易地再此锁定的连接。自锁、卡锁、磁性固定和类似措施是有利的方案。

界面部件是刚性体的功能性的方案。运动学界面用于实现两个刚性体的刚性连接，因此产生一个新的刚性体。为此，两个刚性体之中的每一个需要具有界面部件。运动学界面因此提供一种用于刚性体的连接可能性。运动学界面如此构造，使得连接是可拆的，在此是尽可能确定性的并且可再现的，并且连接是刚性和刚度的。运动学界面应该在抵抗力和力矩时是形状稳定的。

运动学界面的第一类别带有名称“运动学耦联器”。在本发明的一种优选实施方式中，采用“运动学耦联器”。在另一种优选实施方式中，采用结构类型为“麦克斯韦耦联器”的运动学耦联器，在本文中称为“三槽运动学耦联器”。在实施例和附图中在不限制一般性的情况下示例性地采用“三槽运动学耦联器”。一种“三槽运动学耦联器”在图5中描述。

球部件的三个球之中的每一个球在形锁合连接时在沟槽部件的沟槽的两个点上具有点接触，使得在形锁合连接时在六个点上存在接触。于是存在静定性。

运动学界面的第一类别具有静定性，并且为此在发明的过程中提供极高的精度和适用性。

运动学界面的第二类别带有名称“准运动学耦联器”。在另一优选实施方式中按本发明采用该类别的运动学界面。

运动学界面的第三类别是如此的运动学界面，其既不算作“运动学耦联器”的类别也不算作“准运动学耦联器”的类别。在本发明的另一优选实施方式中采用这种运动学界面。通常，这些界面涉及形锁合连接。

在不限制一般性的情况下，运动学界面的界面部件在本文中形象地称为球部件或沟槽部件，它们对应于在“三槽运动学耦联器”时的界面部件。

带有界面的人工制品

带有界面的人工制品是一种刚性体，该刚性体设有界面部件。

参考人工制品

参考人工制品是一种带有界面的人工制品，其具有姿势标记，该姿势标记被添加空间配准。参考人工制品也具有定义的附接的坐标系统，该坐标系统称为参考人工制品的第一坐标系统。参考人工制品可以是长方体，该长方体的外表面构成姿势标记。可选地，长方体可以适合用于，使得被放上的质量运动。尤其是，板形的长方体可以在其上侧被压入与其空间标记相关的标记，在外表面的方向上。在一种优选的实施方式中，姿势标记处在板形的长方体的挡靠面上。

校准人工制品

校准人工制品是一种原则上自愿选出的参考人工制品，其用于使得所有参考人工制品的第一坐标系统相互置于关系中。一个参考人工制品的第一坐标系统的位置与校准人工制品的第一坐标系统的位置相比所处在的地方，作为包括6个实数(这些实数说明一种坐标变换)的日期所描述的是一种日期，该日期对于每个参考人工制品是自身的。如果将一个这样套装的参考人工制品固定在一个“三槽式运动学耦联器”的沟槽部件上，那么借助于其姿势标记可以确定一种坐标系统，该坐标系统相对于校准人工制品的位置是已知的。因此也可以确定参考坐标系统的位置，如果该参考坐标系统相对于校准人工制品的位置是已知的话。

支架人工制品

支架人工制品是一种参考人工制品，其适合用于，例如接纳工具(用于纤维支架、探头支架、铣刀支架的夹子)、工件或者测量装置。支架人工制品的第二坐标系统在此表示工具的作用点、工件的坐标系统或者测量装置的测量位置。这种人工制品的利用在于，支架人工制品的第二坐标系统可以总是直接地在相应的六腿并联机构的参考坐标系统上说明。在支架人工制品的第一和第二坐标系统之间的坐标变换可以通常通过坐标测量机确定。通常可以放弃支架人工制品的姿势标记的利用，于是工具、工件或者测量装置借助于其形状本身被考察为姿势标记，使得第一和第二坐标系统重合。

支架人工制品的另一优选构成是镜子支架，所述镜子支架的表面法线相对于校准人工制品定向。这些镜子人工制品便于在六腿并联机构上的干涉测量，因为镜子可以按照激光的射线定向而定向。这种人工制品便于六腿并联机构精度的资格化。因为六腿并联机构的操控部能够读取其腿长并且由此能够计算六腿并联机构的姿势，六腿并联机构本身是姿势检测装置。因此存在可能性：于是也在参考坐标系统中说明镜子的法向矢量，如果六腿并联机构本身不处于其初始化姿势，而是已在激光射束上定向。

支架人工制品的另一优选构成是一些几何体，所述几何体用于六腿并联机构在设备或组件的坐标系统上的定向，方式为，这些几何体定义测量或操纵的作用点。在此对于各六腿并联机构也使用如下可能性：检测姿势，所提及的坐标系统可以参考六腿并联机构的参考坐标系统。

支架人工制品的另一优选构成是一些几何体，所述几何体用于止挡，以便将绝对坐标系统与六腿并联机构的参考坐标系统置于关系中。例如可列举具有定义的止挡面的板，或者也可以列举带棱边的杆。再次在此也可以利用，六腿并联机构可以测量其自身的姿势并且绝对坐标系统在六腿并联机构的参考坐标系统中对此是已知的。

另外，参考人工制品可以以一种方式构成，工具、止挡、工件可调地并且可锁定地固定，以便更灵活地允许支架人工制品的使用。在此例子是球头夹子，例如球头夹子在相机支架中应用。在止挡等等的如此移动之后，通过姿势测量装置需要建立对校准人工制品的新参考。

按照定义，支架人工制品是参考人工制品，即具有姿势标记。在一些支架人工制品中，也在没有姿势标记的情况下存在功能性，例如在带有镜子的支架人工制品中，其中，仅仅所述一个或多个镜子的法线矢量是重要的。只要在上面提及的支架人工制品的功能性在没有姿势标记的情况下也存在，那么从它们导出的、不具有姿势标记的人工制品也在本发明的意义中可利用。

在观察空间中的运动，根据相互关系的不同情况也视为和称为坐标变换，它们构成一个集合，特定的欧拉集合。这种数学集合特性在按本发明将参考人工制品和支架人工制品应用于参考坐标系统的可获得性中是不受限制地可用的。六腿并联机构的参考坐标系统、不同参考人工制品的第一坐标系统等等因此可以按简单的方式相互置于关系中。

附图说明

附图如下：

图1至图4是用于解释现有技术和发明目的的视图；

图5至图13是用于解释按本发明方法和按本发明装置的实施方式的视图；

图14至图16是在并联机器人中使用本发明的视图；以及

图17是示例性的参考人工制品的视图。

具体实施方式

图1至3是六腿并联机构的透视图。这种类型的图在关于六腿并联机构的技术手册中找到。在使用六腿并联机构时在此称为参考坐标系统的坐标系统的位置具有特别的意义，该坐标系统在图1和图3中描述。

该参考坐标系统的原点确定所谓的枢转点，即在指令旋转运动时上方的平台旋转所围绕的那个点。该坐标系统的定向为所有角度运动定义零角度。该坐标系统的坐标轴定义笛卡尔运动的方向。为了能够说明枢转点和运动方向，因此需要已知参考坐标系统的位置和定向。在此，在现有技术中涉及与在图1至3中类似地说明的图，这些图在技术手册中附加地包含刻度。

在图1至3的例子中，参考坐标系统的零点的水平平面处在柱形机舱的下方表面上。参考平台的底侧，该高度通过结构高度与机舱厚度的差值得到，参考机舱上侧可以类似地规定。另外，零点关于柱形顶板旋转对称地在图1中显示。方向X和Y可以通过缆线接头101、202、301的位置区分，此外，辅助沟槽201处于机舱上，这些辅助沟槽在X方向或Y方向上指向。

借助于带刻度的技术图以及固定在结构组件例如底板或机舱上而将参考坐标系统如刚才所述地本地化，是现有技术。

如果现在使用六腿并联机构，于是要求在外部的坐标系统中的运动，该外部的坐标系统例如通过试验构造而得到；或者要求相对于一个附接在平台上的坐标系统的运动/定向，例如在纤维对准时玻璃纤维支架的坐标系统。因此成立的是，参考坐标系统的位置和定向可以针对预定的坐标系统说明，因此可以实现在预定的坐标系统中的运动。

如果六腿并联机构具有仅微小的运动学的精度，那么对于针对定位精度具有微小要求的应用，参考坐标系统可以暂时通过测量辅助构件例如游标卡尺与其他坐标系统置于关系中。

但是如果六腿并联机构应该高精度定位，那么已提及的处理方式是有缺陷的。因为在制造六腿并联机构时高精度的尺寸公差仅在运动学重要的构件中规定。运动学重要的构件具体是上方的和下方的腿关节以及它们在参考坐标系统中的位置矢量，所述位置矢量称为铰接点。底板和顶板仅具有将这些铰接点在一个刚性体中连接的功能，并且因此不是高精度制造的。六腿并联机构的外部形状因此仅仅粗略推断出参考坐标系统的位置和定向，这必然导致六腿并联机构的参考坐标系统相对于外部坐标系统的位置和定向的不可衡量的不确定性。

铰接点相对于参考坐标系统的位置在图4中显示。在此示意性地显示六腿并联机构，该六腿并联机构的腿在球铰中结束，这些球铰的球窝处于机舱和基板中。球中心点401至412的坐标作为参考在结构上规定的参考坐标系统的位置矢量说明，如在图1和图2中所显示的，这些坐标构成六腿并联机构的运动学模型。在现有技术中，与运动学精度相关的任务仅仅在于精确地查明球中心点参考在结构上规定的参考坐标系统的12个位置矢量。

现在，铰接点的这些位置矢量可以不良地通过坐标测量机测量，由此导致，参考坐标系统的位置例如在坐标测量机的坐标系统中仅能复杂地且耗费地查明。这在六腿并联机构的实际使用中意味着，参考坐标系统相对于规定的坐标系统的位置实际不能查明或者仅能非常耗费地并且总是不精确地查明。

在现有技术中未知以下权宜之计：高精度地制造机舱的至少一部分，以便实现对参考坐标系统的精确的动用。因为因此已经在六腿并联机构的精度和校准中存在原则性的并且未解决的问题，所以在现有技术中未看到并且未处理参考坐标系统的可精确掌握的位置和定向的疑问。使得参考坐标系统可获得的任务迄今为止不处于科学的视野中。因此，运动在外部坐标系统上的精确相对关系的问题在此在技术和研究中迄今为止保持未被关注和未被解决的。

包括参考坐标系统本地化的已提及的问题在用六腿并联机构的工作中展现。如果例如想要测量六腿并联机构运动在X方向上的线性以及在Y方向和Z方向上出现的串扰，因此发生系统性的偏差，因为没有精确的可能性，将测量坐标系统在六腿并联机构的参考坐标系统上定向。类似问题在机舱的角度旋转的精度试验中产生。

在现有技术中以印象深度的方式展现出不足，例如当一个探头在圆棒构造中例如在头颅内部中的手术时应该沿着探头的核心运动时。因为探头核心的普吕克线和探头的尖部相对于参考坐标系统仅能不充分精确地确定，横向运动与普吕克线倾斜地延伸，并且如果指令围绕探头的核心旋转时，那么圆棒的核心在旋转双曲面的周面上扫过一个面积。

最后，在现有技术中，在使用六腿并联机构时，六腿并联机构的平台的所有运动富有这种不可靠性。因此，在高精度的或者超高精度的六腿并联机构的操纵的范围中，需要使用按本发明的参考坐标系统的可获得性。

并联机器人的精度在数十年以来落后于期望。在现有技术中已知的用于提高精度的方案和措施是不令人满意的。附加地，这些机器人的精度已经以如下方式被损害，没有开发出技术，通过这些技术可以将并联机器人的姿势和/或并联机器人的被携带运动的载荷的姿势精确地并且可行地关系到明确定义的参考坐标系统。参考坐标系统不是“可获得的”。

因此，所有已知的运动学的校准措施在六腿并联机构中没有可获得的参考坐标系统作为基础。在没有参考坐标系统的可获得的情况下，校准措施是可疑的并且校准结果是完全不令人满意的。由于缺乏参考坐标系统的可获得性，关于定位精度的说明失去其承受力。

完全一般性地，六腿并联机构的运动学的校准基于，用姿势检测装置多次测量指令的姿势并且随后评价，其中，所测量的姿势与指令的姿势比较。但是，姿势检测装置的坐标系统是辅助坐标系统，该辅助坐标系统的位置和定向在空间中在原则是可以任意地确定，并且在评价姿势测量之后不再有意义。关于该坐标系统的位置的信息(它们经历评价)存在于六腿并联机构的若干结构组件的位置的大致的数据中，如果这些结构组件已经通过姿势检测装置检测的话。

在现有技术中疏忽，将姿势检测装置的暂时的坐标系统在校准过程中参考六腿并联机构的持久的可获得的坐标系统精确地确定。立即由此得出，即使在校准之后，尤其是六腿并联机构的运动方向以及六腿并联机构的枢转点的位置也仅可能或多或少含糊地被说明。

对可获得的坐标系统的询问在系列的机器人中不采取该形式，因为它们所有运动环节的姿势是一个唯一的运动学链的组成部分并且为了实现末端执行机构姿势需要是已知的，其中，每个单个环节的姿势在此前的环节的姿势上建立，并且各个环节的参考坐标系统具有在环节之间的关节中的具体体现。因此，在此，除了精度的询问之外，按照自然的方式可能的是，将在串联机器人的脚部底座中的参考坐标系统迁移到末端执行机构中并且于是在那里也具体地找到。参考坐标系统在此总是处在运动学链的一个位置中。但是在并联运动学机构中存在封闭的运动学链，并且并联运动学机构的作用点(TCP＝工具中心点)一般不涉及运动学链的若干运动学重要的部件。在并联运动学机构中存在特别的技术情况，它们使得参考坐标系统的可获得变得困难。

并联机器人应该实现一些姿势。这以如下方式说明：在初始化姿势中与并联机器人的参考坐标系统相同的坐标系统通过在空间中的一般性的运动(旋转和平移)而与规定的第二坐标系统重合。为了该第二坐标系统的位置的参数化，在本文中选择6个常用的参数。前三个参数在此说明笛卡尔移动，并且用X、Y和Z表示，后三个参数说明万向角，并且用U、V和W表示。

如果要定义一个刚性体的旋转，则需要规定旋转点。围绕另一个旋转点实施的相同旋转导致该刚性体的另一个笛卡尔末端位置。因为旋转点总是在并联机器人的参考坐标系统的坐标系统中定义，在该坐标系统的位置中的不精确性或者不确定性导致姿势偏差，在这种情况下导致笛卡尔误差。

另外在定位时存在以下要求：要被定位的刚性体(该刚性体被机舱携带)的笛卡尔运动的方向矢量能够借助于参考坐标系统说明，或者能够从该刚性体的坐标系统导出。但是如果参考坐标系统不可获得，那么该要求仅能不充分地被满足。笛卡尔姿势误差是后果。发生在该运动方向上的余弦误差和在其他运动方向上的串扰。

因为笛卡尔运动的方向矢量同时是万向角的旋转轴线，这些轴线的偏差导致在要被定位的物体旋转之后的有误差的定向。在笛卡尔运动的方向矢量中的偏差此外在欧拉角中也还导致角度的相互串扰，因为三个欧拉角彼此相关。

参考坐标系统的缺失的可获得性的问题应该在下面以所谓的参数识别的例子进行解释。

最详细地讨论的并且始终建议的精度提高方法基于所谓的参数识别。在此尝试，通过多个姿势测量来查明运动学机构的真实的几何参数，因为发现的运动学的姿势偏差基本上归因于偏离地实现的几何参数。原则性的引入不精确性的忽视由不可获得的参考坐标系统的误差引起，所述忽视对于针对校准方法的说明、公开和误差估计是自身的。并联机器人的所有其他已知的校准方法也具有这种不足。这种不足的后果双重地展示出，一次在校准本身的疑问中展示出，并且当应该利用校准的已实现的精度收益时最后展示出。这种不足在下面示例性地以参数识别的例子示出。

并联机器人的所有校准，无论它们是基于所谓的参数识别还是它们基于误差映射方法，它们都基于测量的姿势与指令的指示的比较。

为此确定借助于姿势标记定义的携带的坐标系统。这些姿势标记可以要么从机舱的外部形状导出，压入机舱中，要么安装在刚性体上，该刚性体附接在机舱上。

在测量姿势标记的姿势变换的坐标系统之后，这些坐标系统需要分别配有姿势。

在这样的配属时，姿势标记涉及六腿并联机构的在结构上规定的参考坐标系统。这在现有技术中暂时通过测量和估计被临时准备，因为该参考坐标系统没有具体的实体化。

总之，也涉及一种参考坐标系统，其已启发地获得并且完全是虚构的。

对于固定在机舱上的刚性体上的姿势标记，要注意到，这样的固定按本发明必须以正确方式精确地可再现并且确定性地实现，这在实践中要求运动学界面的按本发明的使用。按本发明的方法首次从在携带的刚性体上的姿势标记提供实际的利用。

明显的是，将机舱的几何特征利用作为姿势标记，这对应于现有技术。将校准的姿势测量关系到在机舱自身上的姿势标记或者几何特征的处理方式虽然走向正确方向，因为实现用于单义地确定参考坐标系统的前提。因此于是存在附接在机舱上的单义的持久的坐标系统。

但是如果涉及机舱的几何特征，那么引入不确定性和不精确性，因为机舱作为机器构件不是高精度制造的，并且也不存在要被定位的刚性体的合适的确定性的并且可再现的支承/固定。在测量技术上，坐标系统的配属也是困难的。在应用的范围内通过机舱的几何特征来精确地获得参考坐标系统在操纵中是费事的。

如果在途中经由参数识别来校准的六腿并联机构被使用，则在现有技术中，也许永久地安装在机舱上的姿势标记失去其意义，因为对这些姿势标记的访问意味着测量技术的耗费。取而代之，如在图3中显示的，机舱的平坦的表面通过它们的铅锤矢量定义Z方向，在机舱上侧上的刻入的线201指向X方向和Y方向，并且参考坐标系统的原点在Z轴上处于与机舱的平坦表面的定义距离处。附加特征例如缆线接头202将X方向与Y方向区分。

但是机舱没有合适的参考体，在所述参考体上能固定坐标系统，因为机舱上侧作为机器部件既不会特别平坦地磨削，也不会以其他方式高精度地制造。也不存在止挡，以便能够将刚性体在平台上精确地定位。如在开头阐述的，所有这些导致姿势误差，因为不存在合适的姿势标记并且因此缺失向参考坐标系统的精确的坐标变换。

在WO2017/064392A1中说明，怎样能够确定一个斯图尔特平台的所有重要的几何参数，因此六腿并联机构的运动学重要的数据应该理想地最终高精度测量地存在。如果从这样的校准以理想方式实现为出发点，那么从现有技术看，校准将被完全地实施，并联机器人的定位将在理论上也是完全无误差的。

但是事实上仅仅到达一种状态，其中，上方的6个铰接点的位置相对于下方的6个铰接点的位置在每一个姿势中以清除误差的方式被认识。但是，放置在并联机器人的机舱上的并且要被定位的刚性体，或者也机舱本身，没有关于上方的和下方的铰接点的位置的定义的参考。因此缺失关于参考坐标系统的定义的参考，使得即使在现有技术中的“理想无误差的”并联机器人不能无姿势误差地定位。在WO2017/064392中公开的技术进步，尤其是关于所谓的参数识别缺乏的技术进步，单独地尚未导致高精度的六腿并联机构定位。

在由本申请人制造的六腿并联机构中已经多方面采用所谓的“运动学耦联器”。于是，“三槽式运动学耦联器”的沟槽部件处于六腿并联机构的平台上。“三槽式运动学耦联器”的球部件具有用于光导纤维的支架。球部件的底板通过磁力被挤压到平台上。这样的“运动学耦联器”提供非常高程度的定义的并且可再现的定位。

本发明的目的是，提供用于与使用相关地校准在前面已解释的类型的并联运动学机构的方法和装置，所述方法和装置尤其是包括可编程的操控部，所述方法和装置应该在一些应用情形中允许改进的定位，所述应用情形要求在并联运动学机构上携带的测量装置、工具、外科器械或类似物的高精度定位。

本发明认识到以下前提，它们对利用并联运动学机构的高精度定位是绝对必要的，但是在现有技术中不被满足。本发明列举这些前提并且公开能够满足这些前提的装置和方法。

通过提供可获得的参考坐标系统解决问题，按本发明归因于运动学界面，所述运动学界面在“运动学耦联器”的构造中能够满足极高精度要求。

图5显示所谓的“三槽式运动学耦联器”，其包括两个部件，即一个沟槽部件501和一个球部件502，所述沟槽部件具有三个沟槽501a、501b、501c，所述球部件具有三个球502a、502b、502c。

如果在机器人的沟槽部件上安置参考人工制品，那么参考人工制品的第一坐标系统与机舱固定连接。参考坐标系统的位置可以借助于该坐标系统在机器人的初始化姿势中高精度地说明。为此需要的坐标变换由两个坐标变换的关联组成。第一坐标变换是在校准人工制品的第一坐标系统与参考人工制品的第一坐标系统之间的坐标变换。第二坐标变换是在机器人个体的参考坐标系统与校准人工制品的第一坐标系统之间的坐标变换。两个坐标变换需要对于机器人的控制器是已知的。在校准人工制品的第一坐标系统与参考人工制品的第一坐标系统之间的坐标变换与机器人个体无关。

对于在校准人工制品的第一坐标系统与机器人样本的参考坐标系统之间的坐标变换可以按两种不同途径实现。

在第一种方案中，参考人工制品已经在校准中应用，使得该坐标变换可以在校准的范围内固定或者确定，对此参见图10至12。如果校准通过映射方法实现，那么映射函数的作为映射函数基础的参考坐标系统相对于校准人工制品的第一坐标系统产生坐标变换。如果校准以如下方式实现：六腿并联机构的几何参数应该用作为在工作空间和/或配置空间中的用于校正的映射的参数，那么在此在查明参数时，基础性的参考坐标系统也通过校准人工制品的第一坐标系统也将会产生被寻找的坐标变换。在这样的参数选择的方式中的校准可以搁置这种可能性。用于通过“修正”几何参数来校准的“参数识别”的误导的讲述方式仅仅虚假地排除这样的可能性，因为所谓的参数识别在内容方面将几何参数仅仅用作为拟合函数的参数，所述拟合函数在校准中测量的姿势中应该将误差最小化。

第二种方案可以在高精度构造的并且在实际上无误差地构造的并联机器人中使用，在第二种方案中，机舱已经具有姿势标记，所述姿势标记的空间配准与在结构上给定的坐标变换一起提供参考坐标系统，并且因此允许查明在参考坐标系统与校准人工制品的坐标系统之间的被寻找的坐标变换，为此参见图8和图9。被寻找的坐标变换的查明可以例如借助于坐标测量机实现，所述坐标测量机检测在六腿并联机构上的姿势标记，并且也检测在校准人工制品上的姿势标记。

对所使用的沟槽部件和球部件的要求以及由此产生的在两个参考人工制品的坐标系统之间的单义的坐标变换接着进行解释。

在并联机器人的情况下，并联机器人的平台带有沟槽部件，可以先后固定两个参考人工制品，并且可以在测量技术上确定这两个参考人工制品的两个坐标系统的坐标变换。

如果现在不同参考人工制品的所有球部件高精度地并且几何相同地制造，即各球高精度地成型并且它们的中心点构成高精度的三角形，那么具有以下特性：在两个参考人工制品的坐标系统之间的上述的坐标变换与沟槽部件的个体无关。与参考人工制品的球部件相反，沟槽部件不需要以极高精度制造。因为对于沟槽部件不需要提出特别高的精度要求，所以在此不产生提高的成本。

球部件可以相对简单地以极高精度制造。球本身可以以极高精度获得，例如作为用于球轴承的球或者作为用于探头的球，例如它们在坐标测量机中应用。如果各球在制造技术上例如以一半沉入盲孔中，它们然后能够通过模板固定地精确地在期望的三角形布置中被胶结固定，那么可以实现在三角形中的高精度布置。

因此存在可能性，在坐标测量机中装入沟槽部件，并且确定在相应两个参考人工制品之间的坐标变换。

为了将机器人的运动适配于放置的刚性体的位置，如下可能性得到证实：

第一种可能性：

并联运动学机构被置于坐标测量机的测量空间中，并且确定参考人工制品在坐标测量机的坐标系统中的第一坐标系统并且然后借助于在要被定位的刚性体上的姿势标记确定该刚性体的坐标系统在坐标测量机的坐标系统中的位置。为此见图12。因此得到在物体坐标系统与并联运动学机构的参考坐标系统之间的坐标变换。相应的坐标变换可以在控制器上激活，以便使得物体在其自己的坐标系统中运动。

第二种可能性：

使用支架人工制品，例如纤维支架。该支架的第二坐标系统通过坐标变换而相对于参考人工制品的第一坐标系统得到。因此，工具、工件、测量装置的坐标系统可以参考六腿并联机构的参考坐标系统。如果一个物体处于支架人工制品的支架中，那么在支架的相应构造中以及在物体的构造中，该物体的坐标系统也在参考六腿并联机构的参考坐标系统的情况下得到。

第三种可能性：

机舱表面为此需要高精度制造并且具有方向标记，也考虑安装的止挡。机舱表面的特征例如机舱平面的方向矢量和沟槽的方向或者止挡面的位置通过坐标测量机测量并且借助于参考人工制品而涉及参考坐标系统。刚性体按照可能性精确定向地放置在、例如挡靠在机舱上。第三种可能性在其精度中是有限的，并且通常更加不足够地利用本发明的优点。

第四种可能性：

使用参考人工制品，它们具有用于将刚性体定向的平坦表面，并且它们构成刚性体的姿势标记。在图6中描述不同的在开头定义的坐标系统相互的关系以及它们的关联的坐标变换。

小格子601至610表示坐标系统，在此周围在标记右边描述坐标系统。在坐标系统左边的图表示该坐标系统的类型或目的。在小格子607、608和609中描述六腿并联机构，这些小格子构成六腿并联机构的参考坐标系统。具有参考人工制品的小格子604、605和606描述参考人工制品的第一坐标系统。

具有绘入的工具的小格子，在此为小格子601、602和603，描述工具的工具坐标系统或者与被携带运动的刚性体相配的坐标系统。为此的在词汇表中的名称是支架人工制品，坐标系统在上面称为支架人工制品的第二坐标系统。

在小格子601中，坐标系统处在钳子的夹爪之间，即夹具的作用点。在小格子602中，坐标系统涉及锥形的材料样本的尖部，该材料样本应该被加工。该材料样本因此是工件。在小格子603中，坐标系统涉及用于测量磁场的环形线圈的位置，即涉及测量装置的测量地点。例如镜子或者镜子系统也属于这种工具类别中；这些镜子或镜子系统在干涉测量中起作用。在图6中部描述校准人工制品610的第一坐标系统。该校准人工制品在结构方式和功能中不同于其他的参考人工制品，例如在小格子604、605和606中描述的参考人工制品。但是已证实为适宜的是，选择一个参考人工制品作为校准人工制品，以便可以将不同参考人工制品的第一坐标系统的姿势的比较以统一方式相互关联。

如果校准人工制品610安置在小格子607、608或609中显示的六腿并联机构之一上，那么通过在与应用相关的校准的过程中确定的三个坐标变换T7、T8和T8，通过校准人工制品的第一坐标系统和相应预定的坐标变换规则，得到相应的六腿并联机构的相应的参考坐标系统的位置和定向。

取代校准人工制品，在此也可以在采用参考人工制品604、605和606以及作为中间连接的坐标变换的三个坐标变换T4、T5和T6的情况下在与相应的参考人工制品的第一坐标系统的关系中确定相应的六腿并联机构的参考坐标系统。

因此，参考人工制品的第一坐标系统可以在任何时候通过姿势检测装置与其他使用人工制品的其他第一坐标系统通过坐标变换相互置于关系中。这种关系通过向校准人工制品的坐标变换T4、T5和T6绘入。这三个坐标变换提供用于提及的中间连接的坐标变换的基础。

在右边例如可见三个参考人工制品。按本发明确定在相应的第一坐标系统之间的坐标变换T4、T5和T6。基于提及的数学集合特性，现在，在参考人工制品的所有第一坐标系统并且特别是也校准人工制品的第一坐标系统之间的坐标变换也能被成对地确定。例如在第一坐标系统604与第一坐标系统605之间的坐标变换T10可以从坐标变换T4和T5计算。

由此也得到，在一个任意的参考人工制品、例如参考人工制品604的第一坐标系统与使用坐标系统607之间的坐标变换可以从坐标变换T4和T7确定。对于这种计算，需要在参考人工制品的第一坐标系统与校准人工制品的第一坐标系统之间的坐标变换以及在校准人工制品的第一坐标系统与六腿并联机构的参考坐标系统之间的坐标变换。

对于坐标变换T1、T2和T3类似适用，绘入的坐标变换T11可以例如从坐标变换T1和T2计算。在一个参考人工制品的第一坐标系统与一个支架人工制品的第一坐标系统之间的坐标变换同样可以在这种方式中计算。

有意义的是，在每个参考人工制品中能够说明向校准人工制品的坐标变换，该参考人工制品能够不受限制地占据校准人工制品的任务。但是，为了避免误差传播而推荐，包含校准人工制品作为基准用于比较测量，这一点例如在物理学中在以前通过“标准千克”出现。

已提及的坐标变换相互关系允许，将一个有故障的六腿并联机构用一个替代六腿并联机构替代，相对于绝对坐标系统，该替代六腿并联机构的参考坐标系统相同于有故障的六腿并联机构的参考坐标系统地定位。在此首先需要从操控性的控制器方面用数字实现坐标变换的功能性。其次需要装置和方法，借此将参考人工制品样本的姿势标记在替代六腿并联机构中与在有故障的六腿并联机构中一样置于相同位置中。在这种情况下，六腿并联机构作为姿势检测装置工作。在给定的姿势中的腿长在作为姿势检测装置的功能中在六腿并联机构中读出，由此计算配属的姿势并且在方法的范围内进行评价。安装在六腿并联机构上并且具有长方体构造的每个姿势标记可以与在误差管理中列举的3-2-1规则中所定义的类似地定位，方式为，6个表面点置于止挡接触中。在此，长方体的第一平面称为初级平面并且与三个探测尖部接触，第二平面称为次级平面并且与两个探测尖部接触，最后，第三平面作为第三级平面与一个探测尖部接触。因此，长方体在空间中的位置在其6个自由度中被确定。用于这种止挡接触的合适的装置在图17中显示。

如果将高精度的接近开关用作为检测尖部，那么可以自动地和重复地实现长方体形的姿势标记相对于六点姿势标记的定向。

6个接近开关的布置结构可以本身理解为姿势标记。具有这样作为姿势标记被装备的参考人工制品的六腿并联机构可以通过与一个六腿并联机构(该六腿并联机构带有参考人工制品，所述参考人工制品带有长方体)对接而协作地在相同的坐标系统中工作，该坐标系统具有与两个参考坐标系统的关系。

在下面解释在测量技术上查明变换集合的元素，它们作用于参考人工制品的和支架人工制品的第一坐标系统。

在图7中描述变换的测量技术的调查。

变换的调查借助于姿势检测装置实现。在优选方法中为此使用坐标测量机，借助于坐标测量机探测姿势标记。

姿势检测装置进行检测所在的坐标系统在小格子708中用黑色描述。该坐标系统的精确位置是不重要的，在方法中辅助坐标系统的意义适合它。

在该辅助坐标系统旁边的格子中描述“三槽式运动学耦联器”的沟槽部件。界面部件本身可以不配有坐标系统。该界面部件在姿势检测装置的测量空间中被固定地铆钉并且相对于辅助坐标系统不可运动。

在姿势检测装置的测量空间中固定运动学界面的沟槽部件。在该沟槽部件上安置校准人工制品，并且查明该校准人工制品的第一坐标系统在辅助坐标系统中的位置。同样的测量通过其他参考人工制品704、705和706执行。也确定支架人工制品701、702和703的第二坐标系统的姿势。按照该方式可以立即确定姿势T701、T702、T703、T704、T705、T706和T707，它们参考辅助坐标系统，并且参考人工制品和支架人工制品的不同的第一或第二坐标系统可以相互参考。借助于校准人工制品的第一坐标系统的变换T707，变换T701至T706向标准人工制品的标准化是可能的。

所述方法要求，参考人工制品和支架人工制品的所有球部件高精度地并且同样地制造。相同的高要求不需要在本发明范围内使用的沟槽部件的相同性上提出。每个精确制造的沟槽部件因此单义地定义安置于其上的球部件的位置，并且因此也单义地并且相同地确定同样地高精度地制造的各球部件的姿势。

在高精度制造的六腿并联机构的情况下按本发明检测可获得的参考坐标系统在此按照图8和图9实施，其中，六腿并联机构本身具有同样高精度的姿势标记801。

在此示例性描述的高精度制造的六腿并联机构已经因为存在在此长方体形地构成的姿势标记801而具有可获得的坐标系统。六腿并联机构的参考坐标系统的位置通过坐标变换得到，该坐标变换由姿势标记的空间配准而指引到参考坐标系统。在姿势标记的空间配准与参考坐标系统之间的这种已知的坐标变换由高精度实现的运动学重要的几何参数得到，在此，姿势标记也属于这些几何参数。

姿势标记在此设置在底板上，这种标记的设置在机舱上也是可能的。姿势标记的类型同样是可选的，例如在高精度定向中的平坦表面可以构成姿势标记，所述平坦表面设置在平台上；或者三个不共线的球可以构成姿势标记。

所提及的高精度制造涉及运动学重要的构件的位置，尤其是关节的位置矢量和方向矢量。姿势标记的位置和定向同样需要在相同的坐标系统中高精度地定义。

在图9中显示，可以怎样在姿势检测装置上实现在校准人工制品的第一坐标系统与六腿并联机构的参考坐标系统之间的坐标变换。

坐标系统906构成姿势检测装置的坐标系统。参考该坐标系统测量姿势标记801的坐标系统905的姿势TX5以及校准人工制品903的第一坐标系统的姿势TX4。

坐标变换TX1描述在六腿并联机构907的参考坐标系统902、904与校准人工制品801的第一坐标系统903之间的被寻找的关系，即在坐标系统903、901和904之间的坐标变换，其可以如下确定：

参考人工制品的第一坐标系统903的姿势TX4参考姿势检测装置的坐标系统被测量。坐标系统903、904和905用黑色绘制，因为其参考辅助坐标系统906。

然后以类似方式，六腿并联机构的姿势标记的姿势TX5参考辅助坐标系统906测量。该坐标变换与坐标变换TX2关联，使得得到参考坐标系统参考辅助坐标系统的姿势。在由已提及的坐标变换计算坐标变换TX1时取消对辅助坐标系统的参考。

在校准测量的过程中可获得的参考坐标系统的描述可以如下实现：

运动学的校准测量基于六腿并联机构姿势在多个不同姿势中的测量，其中，校准应该引起姿势偏差的校正，所述姿势偏差产生于测量的姿势与指令的姿势的比较。

首先需要将参考坐标系统作为姿势指令的基础，以便能够定义姿势。

这样的确定可以按照图1和图2实现。

然后将平台指令到多个姿势中，其中，在六腿并联机构上安置校准人工制品。在图10中显示由校准人工制品占据的一些示例性的姿势。在这些姿势的每一个中，安置的校准人工制品的当前的第一坐标系统1101、1102、1103、1104、1105、1106参考姿势检测装置的坐标系统进行测量，如在图11中描述的。校准所需的姿势测量的数量通常是三位数的。

现在从多个测量的姿势通过比较计算来计算出参考坐标系统在姿势检测装置的坐标系统中的姿势，并且将其相关于校准人工制品的第一坐标系统在六腿并联机构的初始化姿势中的位置。因此定义参考坐标系统参考校准人工制品的第一坐标系统的位置。

在此选择比较计算的措施，在于未校准的六腿并联机构的不足的精度。这种不足导致在参考坐标系统中的微小的不一致性。因为六腿并联机构的旋转点和运动方向根据当前占据的姿势而轻微地波动。

一旦参考坐标系统如所说明的那样被确定，那么该参考坐标系统是可获得的，因为其参考校准人工制品的第一坐标系统的姿势。因此基于测量结果和参考坐标系统进行校准。这种校准应该保证，指令的姿势与测量的姿势的偏差被最小化或者被消除。

为了确定与机舱在不使用界面的情况下连接的物体的姿势，要指出以下方面：

刚性体可以固定安装在机舱上。例如“运动学耦联器”不适合用于传递大的力和力矩，所以必要时需要将物体直接安装在机舱上。可替选地使用的“准运动学耦联器”虽然可以传递较大的力和力矩，但是在运动学上是不确定的，并且对于高精度应用不如“运动学耦联器”适合。此外，即使在“准运动学耦联器”的情况下也有在力和力矩中的限制，并且替代性使用这些运动学界面将会妨碍所使用的界面的统一性。

在一些应用中工件或传感器与平台力锁合地(摩擦锁合地)例如在使用机器螺钉的情况下连接，或者材料锁合地(例如粘接、熔焊、钎焊)连接，在这些应用中，所安置的物体参考六腿并联机构的参考坐标系统的精确姿势首先被不精确地确定。

现在在此在图12和13中显示的处理方式得到证实。

六腿并联机构首先在姿势检测装置的工作空间中固定并且被指令到其初始化姿势中。在姿势检测装置1301的坐标系统(其是辅助坐标系统)中，首先确定参考人工制品的第一坐标系统1303的姿势T132，该参考人工制品安置在六腿并联机构上。因此，六腿并联机构的参考坐标系统的姿势1304在参考姿势检测装置的辅助坐标系统的情况下作为坐标变换T134也是已知的。坐标变换T133适用预定的第一变换规则，并且说明在校准人工制品的第一坐标系统与六腿并联机构的参考坐标系统之间的坐标变换。

在下一个步骤中，从六腿并联机构(如果由于位置原因而需要的话)取出参考人工制品并且将样件固定在六腿并联机构上。样件1305是长方体形的构成物，所述构成物在示例中粘接在平台上。

然后测量工件的姿势，方式为，姿势检测装置借助于工件的姿势标记确定坐标系统1302。因此得到变换T131。

两个现在得到的变换T131和T134得出工件参考六腿并联机构的参考坐标系统1304的姿势，该六腿并联机构在标记1306和1307中描述。

图14显示并联机器人，标记1404表示机架，标记1405表示机舱。机舱具有沟槽部件，各沟槽在标记1401、1402和1403中显示。在该机器人中，各沟槽通过每两个平行地放入的柱体1401实现。

图15显示图14的机器人，在机舱上在此安置球部件1501。朝球的视线是遮住的。

图16显示球部件1506的底侧。可见球部件的各球1601、1602和1603以及可见保持磁体1604。

本发明的实施不限于上面说明的例子和所解释的方面，而是也在许多变型中是可能的，这些变型处于本领域技术人员的能力范围之内。

图17显示参考人工制品，其中，姿势标记包括6个探测点。标记1708表示初级平面，其包括三个点1704、1705和1706；次级平面用1707表示，其包括配属的点1702和1703；第三级平面用1709表示，其带有点1701。所显示的姿势标记可以单义地靠置到长方体形的姿势标记上，使得按该方式两个坐标系统可以通过坐标变换而相互置于关系中。

如果两个这样的姿势标记刚性地相互连接，或者一个长方体形的姿势标记与一个这样的姿势标记刚性地连接，那么按照模块方式多个坐标系统可以任意相互地通过坐标变换而相互置于关系中。

Claims (18)

1.一种用于与使用相关地校准并联运动学机构的方法，所述并联运动学机构具有可编程的操控部，所述方法包括步骤：

-借助于运动学耦联器，将单独的姿势标记体在单义地确定的位置和角位中可拆地防翻转地安装在并联运动学机构的平台或底板上；

-借助于姿势检测装置进行姿势标记体的姿势检测并且在姿势检测装置的坐标系统中确定姿势标记坐标系统；

-基于预定的第一坐标变换规则从姿势标记坐标系统确定并联运动学机构的校准的参考坐标系统；并且

-在并联运动学机构的操控部或者测量技术软件中存储并联运动学机构的校准的参考坐标系统；

-借助于坐标测量装置进行绝对坐标系统的姿势检测并且在姿势检测装置的坐标系统中确定绝对坐标系统；并且

-存储绝对坐标系统的姿势，并且提供两个存储的坐标系统或者在两个坐标系统之间的坐标变换，用于参考绝对坐标系统适配六腿并联机构运动。

2.一种用于与使用相关地校准并联运动学机构的方法，所述并联运动学机构具有可编程的操控部，所述方法包括步骤：

-借助于运动学耦联器，将单独的姿势标记体在单义地确定的位置和角位中可拆地防翻转地安装在并联运动学机构的平台上；通过使平台运动，将姿势标记体的姿势标记朝物体的姿势标记定向，其中，物体姿势标记的坐标系统在绝对坐标系统中是已知的；

-在六腿并联机构定向之后，通过读取六腿并联机构的姿势，利用六腿并联机构作为姿势检测装置；

-从所读取的六腿并联机构姿势、预定的第一变换规则以及物体姿势标记在绝对坐标系统中的坐标系统，计算确定在六腿并联机构的校准的参考坐标系统与绝对坐标系统之间的坐标变换，以便参考绝对坐标系统适配六腿并联机构运动；并且存储该坐标变换；

-提供计算的坐标变换，用于参考绝对坐标系统适配六腿并联机构运动。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，

-所述物体是第二并联运动学机构的姿势标记体，并且

-绝对坐标系统是第二并联运动学机构的校准的参考坐标系统，并且

-计算的坐标变换是在各并联运动学机构的两个校准的参考坐标系统之间的坐标变换。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，各并联运动学机构通过在它们的参考坐标系统之间的已知的坐标变换而在同一个坐标系统中被指令。

5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述并联运动学机构是六腿并联机构，并且所述并联运动学机构的平台是六腿并联机构的机舱。

6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述姿势标记体具有高精度制造的长方体，并且检测该长方体的彼此垂直的三个边界面的空间位置。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述姿势标记体具有带有三个不共线的球的标记载体，并且检测各球的球中心点的空间位置。

8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，作为运动学耦联器，设置静定的运动学界面。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，作为运动学耦联器，使用沟槽部件-球部件偶对，所述偶对具有沟槽部件的和球部件的对应的几何结构，其中，所述沟槽部件刚性地固定在并联运动学机构的平台或底板上，并且所述球部件刚性地固定在单独的姿势标记体上。

10.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，第一坐标变换规则在制造并联运动学机构时在与制造相关的初级校准中确定并且存储在并联运动学机构的可编程的控制部中。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述与制造相关的初级校准，类似于与使用相关的校准，在使用安置在平台或底板上的单独的姿势标记体的情况下实施。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，在高精度构建和制造的并联运动学机构的情况下，将姿势标记直接地安置在平台上并且由该姿势标记确定第一坐标变换规则。

13.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，

-在并联运动学机构的平台上刚性地固定工具，并且借助于坐标检测装置确定工具坐标系统；

-从姿势标记坐标系统和工具坐标系统确定第二坐标变换规则；并且

-在并联运动学机构的可编程的控制部中存储用于工具运动的控制算法，在该控制算法中，工具的位置借助于第二坐标变换规则与并联运动学机构的校准的参考坐标系统相关。

14.一种用于与使用相关地校准并联运动学机构的装置，所述并联运动学机构具有可编程的操控部，所述装置用于实施根据上述权利要求中任一项所述的方法，所述装置包括：

-姿势标记体；和

-运动学耦联器，所述运动学耦联器用于将姿势标记体在单义地确定的位置和角位中可拆地防翻转地安装在并联运动学机构的平台上。

15.根据权利要求14所述的装置，所述装置还具有坐标检测装置，所述坐标检测装置用于检测位置标记的坐标和确定姿势标记坐标系统。

16.根据权利要求14或15所述的装置，其中，所述姿势标记体具有高精度制造的长方体或者具有标记载体，所述标记载体具有三个不共线的、在标记载体上固定地安置的球。

17.根据权利要求14至16中任一项所述的装置，其中，所述运动学耦联器是静定的运动学界面。

18.根据权利要求17所述的装置，其中，所述运动学耦联器具有刚性地与并联运动学机构的平台能连接的沟槽部件和刚性地与姿势标记体能连接的、与沟槽部件的几何结构对应的球部件以及将沟槽部件可拆地固定保持在球部件上的器件，尤其是所述器件构成为磁体元件。