CN210773988U

CN210773988U - 角度测量组件、测量装置及示教装置

Info

Publication number: CN210773988U
Application number: CN201921466228.4U
Authority: CN
Inventors: 周新云
Original assignee: Hunan Sany Kuaierju Housing Industry Co Ltd
Current assignee: Hunan Sany Kuaierju Housing Industry Co Ltd
Priority date: 2019-09-04
Filing date: 2019-09-04
Publication date: 2020-06-16
Anticipated expiration: 2029-09-04

Abstract

本实用新型涉及机械臂示教技术领域，特别涉及一种角度测量组件、测量装置及示教装置。所述角度测量组件，包括：安装座和与所述安装座转动连接的活动座；所述活动座至少能够以第一转动中心线和第二转动中心线相对所述安装座转动，且所述第一转动中心线与所述第二转动中心线垂直设置；至少两个角度测量元件，其中，第一角度测量元件用于测量所述活动座沿所述第一转动中心线转动的第一角度，所述第二角度测量元件用于测量所述活动座沿所述第二转动中心线转动的第二角度。本实用新型提供的角度测量组件结构简单，方便使用。

Description

角度测量组件、测量装置及示教装置

技术领域

本实用新型涉及机械臂示教技术领域，特别涉及一种角度测量组件、测量装置及示教装置。

背景技术

当采用一种与机械臂的末端工具等效的示教装置对机械臂进行示教过程中，需要首先获得示教装置的末端的等效工具坐标系在机械臂的一个已知工具坐标系定义为参考工具坐标系中的位置矩阵(位置向量)或者位姿矩阵，然后通过坐标转换方法得到示教装置的等效工具坐标系在机械臂的世界坐标系下的位置矩阵或者位姿矩阵。

在此过程中，想要获得示教装置的等效工具坐标系在机械臂的参考工具坐标系中的位置矩阵或者位姿矩阵，至少需要对参考工具坐标系的原点至示教装置上的一个预设点之间的连线相对参考工具坐标系的三个轴的夹角进行测量。

现在亟需一种能够方便测量获得参考工具坐标系的原点至示教装置上的一个预设点之间的连线相对参考工具坐标系的三个轴的夹角的装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种角度测量组件、测量装置及示教装置，以解决现有技术中的上述技术问题。

本实用新型提供一种角度测量组件，包括：安装座和与安装座转动连接的活动座，活动座至少能够以第一转动中心和第二转动中心相对安装座转动，且第一转动中心与第二转动中心垂直设置；

至少两个角度测量元件，其中，第一角度测量元件用于测量活动座沿第一转动中心转动的第一角度，第二角度测量元件用于测量活动座沿第二转动中心转动的第二角度。

进一步地，活动座相对安装座转动的转动中心为两个。

进一步地，角度测量组件还包括第一轴和第二轴；第一轴与安装座转动连接，第二轴垂直穿过第一轴，活动座与第二轴固定连接；第一角度测量元件用于测量第一轴的转动角度，第二角度测量元件用于测量第二轴的转动角度。

进一步地，第一角度测量元件和第二角度测量元件均为角位移编码器。

进一步地，第一角度测量元件与第一轴同轴设置且同步转动；

和/或，第二角度测量元件与第二轴同轴设置且同步转动。

本实用新型提供一种测量装置包括距离测量元件和上述角度测量组件，距离测量元件安装在活动座上，用于测量第一转动中心和第二转动中心的交点至指定点的距离。

进一步地，测量元件为拉绳编码器，拉绳编码器包括固定部和可伸缩设置在固定部内的牵引线；

固定部固定设置在活动座上，牵引线伸出时的延伸方向穿过第一转动中心和第二转动中心的交点。

进一步地，角度测量组件为两个，一个为第一角度测量组件，另一个为第二角度测量组件；

固定部固定在第一角度测量组件的活动座上，牵引线的自由端与第二角度测量组件的活动座固定连接。

本实用新型提供一种示教装置，包括执行部和上述测量装置，测量装置用于至少测量执行部上的预设点与参考工具坐标系的原点之间连线的长度信息和所述连线分别相对参考工具坐标系的三个坐标轴的夹角。

进一步地，当角度测量组件为两个，一个为第一角度测量组件，另一个为第二角度测量组件时；

第一角度测量组件用于固定在待示教装置的预设点处，第二角度测量组件固定设置在执行部的预设点处。

本实用新型提供的角度测量组件具备以下有益效果：

本实用新型提供一种角度测量组件，包括：安装座和与安装座转动连接的活动座；活动座至少能够以第一转动中心和第二转动中心相对安装座转动，且第一转动中心与第二转动中心垂直设置；至少两个角度测量元件，其中，第一角度测量元件用于测量所述活动座沿所述第一转动中心转动的第一角度，所述第二角度测量元件用于测量所述活动座沿所述第二转动中心转动的第二角度。

在使用本实用新型提供的角度测量组件过程中，可将角度测量组件的安装座固定在待示教装置的预设点处，使第一转动中心和第二转动中心的交点与参考工具坐标系的原点重合，为了计算方便，可使第一转动中心与参考工具坐标系的第一坐标轴重合，第二转动中心与参考工具坐标系的第二坐标轴重合。

将角度测量组件的活动座与示教装置的执行部的预设点连接，以使活动座能够在示教装置的执行部的带动下转动。第一转动中心与第二转动中心交点与执行部的预设点之间的连线为S。

执行部在空间活动，从而带动活动座能够至少沿第一转动中心和第二转动中心相对安装座转动，通过第一角度测量元件测量活动座沿第一转动中心的转动角度，从而得到连线S相对第一转动中心的角度，进而可计算得到连线S与第二坐标轴的夹角；同理，通过第二角度测量元件测量活动座沿第二转动中心的转动角度，从而得到连线S相对第二转动中心的角度，进而可计算得到连线S与第一坐标轴的夹角。连线S与第三坐标轴的夹角可以通过测量得到，也可以通过计算得到。本实用新型提供的角度测量组件结构简单，方便使用。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据本实用新型实施例的角度测量组件的结构示意图；

图2是根据本实用新型实施例的测量组件的结构示意图；

图3是根据本实用新型实施例的示教装置的结构示意图；

图4是图3所示的示教装置安装在待示教装置上的结构示意图。

图中：10－角度测量组件；20－距离测量元件；30－执行部；40－连接件；11－安装座；12－活动座；13－第一角度测量元件；14－第二角度测量元件；15－第一轴；16－第二轴。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

机械臂的工具的末端的工具坐标系为目标工具坐标系，定义示教装置的末端的工具坐标系为等同工具坐标系，等同工具坐标系与目标工具坐标系的原点和姿态均一致，将机械臂的另一个已知工具坐标系作为参考工具坐标系，定义示教装置的一个工具坐标系为测量工具坐标系。

如图1所示，本实用新型提供一种角度测量组件，包括：安装座 11和与安装座11转动连接的活动座12；活动座12至少能够以第一转动中心和第二转动中心相对安装座11转动，且第一转动中心与第二转动中心垂直设置；至少两个角度测量元件，其中，第一角度测量元件13用于测量活动座12沿第一转动中心转动的第一角度，第二角度测量元件14用于测量活动座12沿第二转动中心转动的第二角度。

在使用本实施例提供的角度测量组件过程中，可将角度测量组件的安装座11固定在待示教装置的预设点处，使第一转动中心和第二转动中心的交点与参考工具坐标系的原点重合，为了计算方便，可使第一转动中心与参考工具坐标系的第一坐标轴重合，第二转动中心与参考工具坐标系的第二坐标轴重合。

将角度测量组件的活动座12与示教装置的执行部的预设点连接，以使活动座12能够在示教装置的执行部的带动下转动。第一转动中心与第二转动中心交点与执行部的预设点之间的连线为S。

执行部在空间活动，从而带动活动座12能够至少沿第一转动中心和第二转动中心相对安装座11转动，通过第一角度测量元件13 测量活动座12沿第一转动中心的转动角度，从而得到连线S相对第一转动中心的角度，进而可计算得到连线S与第二坐标轴的夹角；同理，通过第二角度测量元件14测量活动座12沿第二转动中心的转动角度，从而得到连线S相对第二转动中心的角度，进而可计算得到连线S与第一坐标轴的夹角。连线S与第三坐标轴的夹角可以通过测量得到，也可以通过计算得到。本实施例提供的角度测量组件结构简单，方便使用。

可选地，设置活动座12相对安装座11具有两个转动中心，即活动座12只以第一转动中心和第二转动中心转动。可通过余弦公式 cosα²+cosβ²+cosγ²＝1计算得到连线S相对第三坐标轴的夹角，从而避免角度测量组件的结构复杂，使角度测量组件更容易加工，使测量更加方便。

其中，实现活动座12相对安装座11的多轴转动，可采用球轴承或者万向节将活动座12与安装座11连接。

作为一种可选方案，如图1所示，角度测量组件还包括第一轴 15和第二轴16；第一轴15与安装座11转动连接，第二轴16垂直穿过第一轴15，活动座12与第二轴16固定连接；第一角度测量元件 13用于测量第一轴15的转动角度，第二角度测量元件14用于测量第二轴16的转动角度。

本实施中，第一轴15即为第一转动中心，第二轴16即为第二转动中心，活动座12需要以第二转动中心转动时，活动座12与第二轴 16一起转动，活动座12需要以第一转动中心转动时，第一轴15、第二轴16和活动座12一起转动。本实施提供的连接方式，结构简单，更易加工，更易实现。

在上述实施例基础之上，进一步地，第一角度测量元件13和第二角度测量元件14均可以采用角度传感器。

可选地，第一角度测量元件13和第二角度测量元件14均采用角度位移编码器用于测量转动角度，结构简单，检测精度高。如，旋转编码器和摆动编码器。

其中，可在第一角度测量元件13与第一轴15之间设置传动齿轮，从而实现第一角度测量元件13随第一轴15的转动角度，从而检测第一轴15的转动角度；同样，可在第二角度测量元件14与第二轴16 之间设置传动齿轮，从而实现第二角度测量元件14随第二轴16的转动角度，从而检测第二轴16的转动角度。

可选地，第一角度测量编码器与第一轴15同轴设置且同步转动设置，从而使角度测量组件的结构紧凑，体积小；或者第二角度测量编码器与第二轴16同轴设置且同步转动设置，从而使角度测量组件的结构紧凑，体积小。

较佳的，第一角度测量编码器与第一轴15同轴设置且同步转动设置，而且第二角度测量编码器与第二轴16同轴设置且同步转动设置，能够在最大限度上使角度测量组件的结构紧凑，体积小。

如图2所示，本实用新型提供一种测量装置，包括距离测量元件 20和上述角度测量组件10，距离测量元件20安装在活动座12上，用于测量第一转动中心和第二转动中心的交点至执行部上的预设点的距离。

获得示教装置的等效工具坐标系在机械臂的参考工具坐标系中的位置矩阵，则需要参考工具坐标系的原点至执行部上的预设点之间的连线S相对参考工具坐标系的三个轴的夹角信息之外，还需要连线 S的长度信息。

获得示教装置的等效工具坐标系在机械臂的参考工具坐标系中的位姿矩阵，则至少需要参考工具坐标系的原点至执行部上的一个预设点之间的连线S相对参考工具坐标系的三个轴的夹角信息以及连线S的长度信息。

通过本实施例提供的测量装置中的角度测量组件10能够获得参考工具坐标系的原点至执行部上的一个预设点之间的连线S相对参考工具坐标系的三个轴的夹角信息，通过距离测量元件20获得连线 S的长度信息。本实施例提供的测量装置在示教装置的执行部30运动过程既能够测量角度又能够测量长度，功能全面，方便使用。

其中，距离测量元件20可以为多种，例如：位移传感器或者距离传感器等。

作为一种可选方案，距离测量元件20为拉绳编码器，拉绳编码器包括固定部和可伸缩设置在固定部内的牵引线；固定部固定设置在活动座上，牵引线伸出时的延伸方向穿过第一转动中心和第二转动中心的交点。角度测量组件10的安装座11用于固定在待示教装置上，拉绳编码器的牵引线的自由端与示教装置的执行部30的预设点固定连接，可设置牵引线只能够相对活动座12伸缩，而不能转动(例如在牵引线和活动座12的连接处设置刚性护套，牵引线穿过刚性护套)，从而带动活动座12转动。

本实施例中，在执行部30的运动过程中，拉绳编码器的牵引线的长度在不断变化，从而能够实时测量出连线S的长度。采用拉绳编码器测量精度高，结构简单。

拉绳编码器内可设置预紧装置从而实现牵引线的回线。拉绳编码器可采用常规装置。

当只需要对机械臂的末端工具的位置进行示教时，可直接将拉绳编码器的牵引线与示教装置的执行部30的末端的等效工具坐标系的原点固定连接，也就是说示教装置的执行部30上的预设点为等效工具坐标系的原点。

此时，拉绳编码器的牵引线相对活动座12位置固定，两个原点之间的牵引线段即为两个原点之间的连线。通过第一角度测量元件 13测量活动座12沿第一转动中心的转动角度，从而得到牵引线段相对第一转动中心的角度，进而得到连线S1与参考工具坐标系的第二坐标轴的夹角；同理，通过第二角度测量元件14测量活动座12沿第二转动中心的转动角度，从而得到牵引线段相对第二转动中心的角度，进而得到连线S1与参考工具坐标系的第一坐标轴的夹角；通过计算获得连线S1与第三坐标轴的夹角。

当需要对机械臂的末端工具的位姿进行示教时，需要在示教装置的执行部30上定义测量工具坐标系，测量工具坐标系的原点为执行部的预设点，需要参考工具坐标系的原点至测量工具坐标系的原点之间的连线S2分别相对参考工具坐标系的三个轴的夹角信息、连线S1 的长度信息以及连线S2分别相对测量工具坐标系的三个轴的夹角信息。

此时，角度测量组件10的数量为两个，角度测量组件10为两个，一个为第一角度测量组件，另一个为第二角度测量组件；拉绳编码器的固定部固定在第一角度测量组件10的活动座12上，牵引线的自由端与第二角度测量组件10的活动座12固定连接。定义第一转动中心与第二转动中心的交点为角度测量组件10的中心，牵引线的延伸方向穿过两个角度测量组件10的中心。

使第二角度测量组件的中心与测量工具坐标系的原点重合，第二角度测量组件的第一角度测量元件13与测量工具坐标系的第一坐标轴重合，第二角度测量组件的第二角度测量元件14与测量工具坐标系的第二坐标轴重合。

相对于第一角度测量组件：通过第一角度测量组件中的第一角度测量元件13测量活动座12沿第一转动中心的转动角度，从而得到连线S相对第一转动中心的角度，进而得到连线S2与参考工具坐标系的第二坐标轴的夹角；同理，通过第二角度测量元件14测量活动座 12沿第二转动中心的转动角度，从而得到连线S2相对第二转动中心的角度，进而得到连线S2与参考工具坐标系的第一坐标轴的夹角；通过计算获得连线S2与第三坐标轴的夹角。

相对于第二角度测量组件：拉绳编码器的牵引线同样会带动第二角度测量组件中的活动座12活动，通过第一角度测量元件13测量活动座12沿第一转动中心的转动角度，从而得到牵引线段相对第一转动中心的角度，进而得到连线S2与测量工具坐标系的第二坐标轴的夹角；同理，通过第二角度测量元件14测量活动座12以第二转动中心的转动角度，从而得到连线S2相对第二转动中心的角度，进而得到连线S2与测量工具坐标系的第一坐标轴的夹角；通过计算获得连线S2与第三坐标轴的夹角。

如图3和图4所示，本实用新型还提供一种示教装置，包括执行部30和上述测量装置，测量装置用于至少测量执行部30上的预设点与参考工具坐标系的原点之间连线的长度信息和连线分别相对参考工具坐标系的三个坐标轴的夹角。

在使用本实施例提供的示教装置过程中，可驱动执行部30按照预设运动轨迹运动，在执行部30运动过程中，测量装置用于至少测量执行部30上的预设点与参考工具坐标系的原点之间连线的长度信息和连线分别相对参考工具坐标系的三个坐标轴的夹角，使用者可通过测量的信息通过计算得到最终示教数据。

本实施例提供的示教装置结构简单，测量方便。

具体地，当只需要对机械臂的末端工具的位置进行示教时，可直接将拉绳编码器的牵引线与示教装置的执行部30的末端的等效工具坐标系的原点固定连接，也就是说示教装置的执行部30上的预设点为等效工具坐标系的原点。

此时，拉绳编码器的牵引线相对活动座12位置固定，两个原点之间的牵引线段即为两个原点之间的连线。通过第一角度测量元件 13测量活动座12沿第一转动中心的转动角度，从而得到牵引线段相对第一转动中心的角度，进而得到连线S1与参考工具坐标系的一个坐标轴的夹角；同理，通过第二角度测量元件14测量活动座12沿第二转动中心的转动角度，从而得到牵引线段相对第二转动中心的角度，进而得到连线S1与参考工具坐标系的第二坐标轴的夹角；通过计算获得连线S1与第三坐标轴的夹角。

在上述实施例基础之上，进一步地，机械臂示教装置包括L形连接件40，连接件40的一端用于与机械臂固定连接，第一角度测量组件10的安装座11固定在连接件40的一端，执行部30固定在连接件 40的另一端。方便安装测量装置，方便测量。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管上述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本申请的范围之内并且形成不同的实施例。例如，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。另外，公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本申请的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

Claims

1.一种角度测量组件，其特征在于，包括：安装座和与所述安装座转动连接的活动座，所述活动座至少能够以第一转动中心线和第二转动中心线相对所述安装座转动，且所述第一转动中心线与所述第二转动中心线垂直设置；

至少两个角度测量元件，其中，第一角度测量元件用于测量所述活动座沿所述第一转动中心线转动的第一角度，第二角度测量元件用于测量所述活动座沿所述第二转动中心线转动的第二角度。

2.根据权利要求1所述的角度测量组件，其特征在于，所述活动座相对所述安装座转动的转动中心线为两个。

3.根据权利要求2所述的角度测量组件，其特征在于，还包括第一轴和第二轴；第一轴与安装座转动连接，第二轴垂直穿过第一轴，活动座与第二轴固定连接；第一角度测量元件用于测量第一轴的转动角度，第二角度测量元件用于测量第二轴的转动角度。

4.根据权利要求3所述的角度测量组件，其特征在于，所述第一角度测量元件和所述第二角度测量元件均为角位移编码器。

5.根据权利要求4所述的角度测量组件，其特征在于，所述第一角度测量元件与所述第一轴同轴设置且同步转动；

和/或，所述第二角度测量元件与所述第二轴同轴设置且同步转动。

6.一种测量装置，其特征在于，包括距离测量元件和如权利要求1－5中任一项所述的角度测量组件，所述距离测量元件安装在所述活动座上，用于测量所述第一转动中心线和所述第二转动中心线的交点至指定点的距离。

7.根据权利要求6所述的测量装置，其特征在于，所述测量元件为拉绳编码器，所述拉绳编码器包括固定部和可伸缩设置在所述固定部内的牵引线；

所述固定部固定设置在所述活动座上，所述牵引线伸出时的延伸方向穿过所述第一转动中心线和所述第二转动中心线的交点。

8.根据权利要求7所述的测量装置，其特征在于，所述角度测量组件为两个，一个为第一角度测量组件，另一个为第二角度测量组件；

所述固定部固定在所述第一角度测量组件的活动座上，所述牵引线的自由端与所述第二角度测量组件的活动座固定连接。

9.一种示教装置，其特征在于，包括执行部和如权利要求6－8中任一项所述的测量装置，所述测量装置用于至少测量执行部上的预设点与参考工具坐标系的原点之间连线的长度信息和所述连线分别相对参考工具坐标系的三个坐标轴的夹角。

10.根据权利要求9所述的示教装置，其特征在于，当所述角度测量组件为两个，一个为第一角度测量组件，另一个为第二角度测量组件时；

所述第一角度测量组件用于固定在待示教装置的预设点处，所述第二角度测量组件固定设置在所述执行部的预设点处。