[实用新型]基于三自由度并联机构的六自由度并串联位姿测量机

说明书

本实用新型涉及一种机械测量设备，具体是基于三自由度并联机构的六自由度并串联位姿测量机。

在现有技术中，六坐标测量机主要分两种形式，一种是串联结构形式；一种是并联结构形式。串联结构形式主要由六个自由度(转动副或移动副)串联组成，移动副处装有直线传感器，转动副处装有旋转编码器。由于串联机构的正解有显示解，并且唯一，所以，这种测量机可以直接测定被测物体的位姿。但是，随着测量范围的增大，系统的刚度会大幅度下降，测量精度也会明显降低。进一步，串联机构具有误差放大功能，即安装在底盘或腰部的传感器的测量误差在测量机末端会被放大，要想提高测量精度，必须大幅度提高传感器的精度和分辨率。并联结构形式的测量机，主要是基于stewart平台形式，该类测量机测量精度高、系统刚度大，但该类测量机没有解析解，计算被测物体的位置和姿态需采用叠代收索的方法，从而计算量大，并且不唯一，所以在测量时带来诸多不便。

为了克服上述测量机的不足，本实用新型的目的是提供一种测量精度高、测量范围广、实时快速解析解的基于三自由度并联机构的六自由度并串联位姿测量机。

本实用新型的目的是这样实现的：包括测量头、球副、三自由度并联机构，其中并联机构由三个分支构成，每个分支的一端用万向节与固定平面连接，另一端与另外两个分支汇交于球副的中心，成三角锥形；

所述球副由三个转动副串联组成，轴线汇交于一点，即为三个自由度转动副串联结构，其每个输出轴上分别装有旋转编码器；所述每个分支由导轨、滑块、直线位移传感器组成，滑块安装在导轨上，并与球副相连，导轨一端通过万向节和固定平面相连，直线位移传感器位于球副和万向节之间；所述并联机构形成的三角锥侧表面为任意三角形。

本实用新型具有如下优点：

1.本实用新型利用三自由度并联机构实现被测物体位姿测量，具有实时解析解、精度高、速度快。

2.本实用新型回避了现有技术中并联和串联测量机的缺点和不足，在大测量范围的情况下，仍能保证高测量精度。

3.本实用新型综合了并联和串联形式测量机的优点，应用范围广，可以对各种曲面进行实时测量。

4.结构简单，制造成本低。

图1为本实用新型机构简图。

图2为图1中的球副机构简图。

图3为图1中单分支机构简图。

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

如图1所示，本实用新型包括测量头1、球副2、三自由度并联机构3，其中并联机构3由三个分支33构成，每个分支33的一端用万向节34与固定平面35连接，另一端与另外两个分支汇交于球副2的中心，成三角锥形；

如图2所示，所述球副2由三个转动副串联组成，轴线汇交于一点，即为三个自由度转动副串联结构，其每个输出轴上分别装有旋转编码器；

如图3所示，每个分支33由导轨331、滑块332、直线位移传感器333组成，滑块332安装在导轨331上，并与球副2相连，导轨331一端通过万向节34和固定平面35相连，直线位移传感器333位于球副2和万向节34之间，可实时给出分支长度。

本实用新型工作原理是：

每单分支33的长度从直线位移传感器333的信息计算，一旦三个分支33的长度确定，三自由度并联机构3的顶点坐标即确定；当测量头1与被测物体接触后，被测物体被测面姿态就可通过随动的三个旋转编码器以解析解直接求出。也就是说，当测量头1与被测面为面接触时，由三个旋转编码器的值可直接给出被测面的姿态；当测量头1与被测面为点接触时，三角锥形的三自由度并联机构3的顶点坐标值与测量头1长度派生的坐标值(由测量头1的长度和姿态计算)代数和为被测点的位置坐标。