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專利名稱：位姿測量平面傳感器的制作方法
技術領域：
本發明涉及位姿測量跟蹤技術，具體地說是一種基于三個旋轉副串聯的三自由度串聯位姿跟蹤的新型結構平面傳感器。它適合平板類物體在X-Z平面內的位姿測量跟蹤。
背景技術：
現有的位姿測量跟蹤機械式傳感器技術中，由于應用的條件、環境不同導致具有特定精度的專用傳感器的種類和形式較多，但都僅適用于特定環境。在同類機械式傳感器中尚沒有能高精度、實時、快速的檢測出物體在平面內三自由度位姿的傳感器裝置。

發明內容
為了滿足被測物體的測量要求，本發明的目的是提供一種具有能計算出實時解析解、跟蹤速度快、測量精度高的新型位姿測量平面傳感器裝置。
為了實現上述目的，本發明的技術方案是包括安裝座、連桿和用于測量角度的編碼器，其中左安裝座安裝在固定位置上，右安裝座安裝于被測物體上，左安裝座與右安裝座之間為左連桿、右連桿與三個旋轉副的串聯結構；每個旋轉副上安裝有編碼器；具體結構為由左安裝座、左軸、左連桿、中安裝座、中軸、右連桿、右軸、右安裝座、右編碼器、中編碼器、左編碼器組成，左連桿一端通過左軸旋轉式安裝在左安裝座上，左連桿另一端與中安裝座相連，右連桿一端通過中軸旋轉式安裝于中安裝座上，右連桿的另一端通過右軸旋轉式安裝于右安裝座上；左編碼器、中編碼器、右編碼器分別設在左安裝座、中安裝座、右安裝座上；所述右安裝座與被測物體相連，左安裝座安裝在固定位置上；所述左連桿和右連桿長度相等；所述左軸、中軸、右軸與左連桿、右連桿之間設有軸承。
本發明工作原理如下本發明通過左安裝座工作時安裝在固定位置上，右安裝座8安裝于被測物體上，中間由左連桿、右連桿通過三個旋轉副實現串聯結構。每個旋轉副上安裝有角度編碼器，當被測物體位姿發生變化時，三個角度編碼器可以測量出左連桿相對固定位置的旋轉角、右連桿相對左連桿的旋轉角、被測物體相對右連桿的旋轉角三個角度。利用位姿計算公式就可以計算得到被測物體的位姿變化情況。
本發明具有如下優點1.測量精度高。由于本發明利用長度不變的連桿(左連桿和右連桿)，三個同型號角度編碼器來實現對平板類物體的平面內位姿檢測。這種結構形式簡單，誤差源少，所以測量精度高，特別適用于平板類物體的平面內位姿檢測。
2.能實時、準確的測量出被測物體在平面內的位姿。由于本發明具有功能性元件少，結構簡單、緊湊，計算公式簡捷的特點，可以實現實時跟蹤檢測。具有測量結果快速、準確的優點。


附圖1為本發明結構設計裝配圖具體實施方式
下面結合附圖1對本發明作進一步詳細說明。
如附圖1所示，本發明由左安裝座1、左軸2、左連桿3、中安裝座4、中軸5、右連桿6、右軸7、右安裝座8、右編碼器9、中編碼器10、左編碼器11組成，左連桿3一端通過左軸2安裝在左安裝座1上，左連桿3能夠相對左安裝座1轉動，安裝于左安裝座1上的左編碼器11可測量出此轉動角度。左連桿3另一端安裝在中安裝座4上，右連桿6一端通過中軸5安裝于中安裝座4上，右連桿6能夠相對左連桿3轉動，安裝于中安裝座4上的中編碼器10可測量出此轉動角度。右連桿6的另一端通過右軸7安裝于右安裝座8上，右安裝座8能夠相對右連桿6轉動，安裝于右安裝座8上的右編碼器9可測量出此轉動角度。利用三個編碼器測量出的角度變化就可計算出被測物體的位姿變化情況。
其中所述左軸2、中軸5、右軸7與左連桿3、右連桿6之間安裝有軸承。
本發明工作過程如下當被測物體在本發明測量范圍內發生位姿變化時，安裝在被測物體上的右安裝座8也跟著發生相應的位姿變化，右安裝座8帶動右連桿6進而帶動左連桿3發生相應的轉動。左編碼器11測量出左連桿相對固定位置的旋轉角θ1，中編碼器10測量出右連桿相對左連桿的旋轉角θ2，右編碼器9測量出被測物體相對右連桿的旋轉角θ3，左連桿3和右連桿6長度不變并且已知，利用位姿計算公式計算出被測物體在左安裝座1建立的坐標系中的位置變化情況(此坐標系以左安裝座1上軸承安裝孔的左軸2軸心為原點)。可以實現對被測物體的快速準確的位姿檢測。
位姿計算公式x=l1cosθ1+l2cos(θ1+θ2)+ccos(θ1+θ2+θ3)z=l1sinθ1+l2sin(θ1+θ2)+csin(θ1+θ2+θ3)y^=θ1+θ2+θ3]]>其中l1左軸2軸心與中軸5軸心的直線距離，l2右軸7軸心與中軸5軸心的直線距離，c右軸7軸心與被測物體中心的直線距離，θ1左連桿3相對左安裝座轉過的角(即相對固定位置的旋轉角)，θ2右連桿相對左連桿的旋轉角，θ3被測物相對右連桿的旋轉角。
發明的測量范圍如下表

權利要求
1.一種位姿測量平面傳感器，包括安裝座、連桿和用于測量角度的編碼器，其中左安裝座安裝在固定位置上，右安裝座安裝于被測物體上，左安裝座與右安裝座之間為左連桿、右連桿與三個旋轉副的串聯結構；每個旋轉副上安裝有編碼器。
2.按照權利要求1所述位姿測量平面傳感器，其特征在于具體結構為由左安裝座(1)、左軸(2)、左連桿(3)、中安裝座(4)、中軸(5)、右連桿(6)、右軸(7)、右安裝座(8)、右編碼器(9)、中編碼器(10)、左編碼器(11)組成，左連桿(3)一端通過左軸(2)旋轉式安裝在左安裝座(1)上，左連桿(3)另一端與中安裝座(4)相連，右連桿(6)一端通過中軸(5)旋轉式安裝于中安裝座(4)上，右連桿(6)的另一端通過右軸(7)旋轉式安裝于右安裝座(8)上；左編碼器(11)、中編碼器(10)、右編碼器(9)分別設在左安裝座(1)、中安裝座(4)右安裝座(8)上。
3.按照權利要求2所述位姿測量平面傳感器，其特征在于所述右安裝座(8)與被測物體相連，左安裝座(1)安裝在固定位置上。
4.按照權利要求2所述位姿測量平面傳感器，其特征在于所述左連桿(3)和右連桿(6)長度相等。
5.按照權利要求2所述位姿測量平面傳感器，其特征在于其中所述左軸(2)、中軸(5)、右軸(7)與左連桿(3)、右連桿(6)之間設有軸承。
全文摘要
一種位姿測量平面傳感器，包括安裝座、連桿和用于測量角度的編碼器，其中左安裝座安裝在固定位置上，右安裝座安裝于被測物體上，左安裝座與右安裝座之間為左連桿、右連桿與三個旋轉副的串聯結構；每個旋轉副上安裝有編碼器。采用本發明能高精度、實時、快速的檢測出物體在平面內三自由度位姿。
文檔編號G01D5/00GK101082482SQ20061004676
公開日2007年12月5日 申請日期2006年5月31日 優先權日2006年5月31日
發明者徐志剛, 吳鳳麗, 劉勇, 趙明揚, 辛立明 申請人:中國科學院沈陽自動化研究所