一種連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本實(shí)用新型涉及一種連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識系統(tǒng)，屬于結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]連桿機(jī)構(gòu)是一種多自由度設(shè)備，目前在工業(yè)現(xiàn)場測量、產(chǎn)品逆向設(shè)計(jì)等多個(gè)領(lǐng)域都有涉及。連桿機(jī)構(gòu)通常采用空間開鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)形式存在誤差累積放大的缺點(diǎn)，各級關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)參數(shù)誤差會(huì)被逐級放大，從而造成連桿機(jī)構(gòu)的精度降低。
[0003]結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識是消除連桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)參數(shù)誤差的有效方法，由于結(jié)構(gòu)的差異，傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識方法無法直接應(yīng)用于連桿機(jī)構(gòu)上，而目前機(jī)器人領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識方法一般都要借助激光跟蹤儀、激光干涉儀等昂貴的精密測量儀器，且結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識操作步驟繁瑣、結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識時(shí)間長，因此應(yīng)用成本也很高。此外，目前的結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識裝置需要其它精密儀器的輔助測量，增加了結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識的難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型提供了一種連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識系統(tǒng)及方法，以用于解決現(xiàn)有采用的結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識裝置需要其它精密儀器的輔助測量等問題。
[0005]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:一種連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識系統(tǒng)，包括結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識裝置、連桿機(jī)構(gòu)15、計(jì)算機(jī)16、結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識裝置電纜17、連桿機(jī)構(gòu)電纜18;
[0006]所述結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識裝置通過結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識裝置電纜17與計(jì)算機(jī)16連接通訊，連桿機(jī)構(gòu)15通過連桿機(jī)構(gòu)電纜18與計(jì)算機(jī)16連接通訊;通過計(jì)算機(jī)16采集連桿機(jī)構(gòu)15的轉(zhuǎn)角及光柵讀數(shù)頭9讀取的結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識裝置的滑動(dòng)軌端點(diǎn)20至支撐軌端點(diǎn)21的長度，并根據(jù)采集到的長度計(jì)算結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識所需要的長度;所述結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識所需要的長度為結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識裝置固定在一點(diǎn)時(shí)，連桿機(jī)構(gòu)15的末端執(zhí)行器隨結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識裝置的滑動(dòng)軌4在支撐軌3上移動(dòng)的距離。
[0007]所述結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識裝置包括磁性表座1、連接桿2、支撐軌3、滑動(dòng)軌4、連接板5、連接板安裝螺栓6、萬向節(jié)7、安裝腳架8、光柵讀數(shù)頭9、安裝腳架螺栓10、腳架11、光柵尺12、腳架螺栓13、讀數(shù)頭安裝螺栓14;
[0008]所述磁性表座I通過磁力安裝在固定平臺19上，磁性表座I與導(dǎo)向副的支撐軌3通過連接桿2連接在一起，導(dǎo)向副由支撐軌3、滑動(dòng)軌4組成，支撐軌3上貼有有光柵尺12，滑動(dòng)軌4上通過連接板安裝螺栓6安裝有連接板5，連接板5上通過腳架螺栓13安裝有腳架11，腳架11上通過安裝腳架螺栓10安裝有安裝腳架8，安裝腳架8上通過讀數(shù)頭安裝螺栓14安裝有光柵讀數(shù)頭9，由光柵讀數(shù)頭9將當(dāng)前結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識裝置滑動(dòng)軌端點(diǎn)20至支撐軌端點(diǎn)21的長度讀取出來，移動(dòng)滑動(dòng)軌4并將移動(dòng)后滑動(dòng)軌端點(diǎn)20至支撐軌端點(diǎn)21的長度讀取出來，根據(jù)兩次讀數(shù)可計(jì)算出連桿機(jī)構(gòu)15的末端執(zhí)行器在空間兩點(diǎn)的距離，用于結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識計(jì)算，萬向節(jié)7—端通過螺紋連接在連接板5上，萬向節(jié)7另一端通過螺紋7安裝在連桿機(jī)構(gòu)15末端執(zhí)行器上。
[0009]所述磁性表座I表面有螺紋孔，所述連接桿2兩端有螺紋，所述支撐軌3—端有螺紋孔。
[0010]本實(shí)用新型的工作原理是:利用萬向節(jié)7將連桿機(jī)構(gòu)15的末端執(zhí)行器與結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識裝置的連接板5連接，連桿機(jī)構(gòu)15的末端執(zhí)行器隨光柵讀數(shù)頭9 一起移動(dòng)，連桿機(jī)構(gòu)15的末端執(zhí)行器隨結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識裝置的滑動(dòng)軌4在支撐軌3上移動(dòng)的距離即為結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識所需要的長度，此長度可根據(jù)光柵讀數(shù)頭9兩次讀數(shù)計(jì)算得出。根據(jù)計(jì)算出的長度并利用采集到的連桿機(jī)構(gòu)15的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)，通過運(yùn)動(dòng)學(xué)方程得到以連桿機(jī)構(gòu)15結(jié)構(gòu)參數(shù)為未知量的方程式，移動(dòng)結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識裝置并變換關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角就可以得到一系列方程式，聯(lián)立所得到的方程式即可得到結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識方程組，求解結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識方程組即可得到連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)、實(shí)現(xiàn)連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識。
[0011]具體步驟如下:
[0012]Stepl、利用萬向節(jié)7將連桿機(jī)構(gòu)15與結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識裝置連接；
[0013]Step2、移動(dòng)結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識裝置使連桿機(jī)構(gòu)15移動(dòng)至初始位姿；
[OOM] Step3、固定結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識裝置于一點(diǎn)并記錄結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識裝置的初始位置i=l ；
[0015]Step4、采集結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識裝置位于位置i時(shí)光柵讀數(shù)頭9的讀數(shù)以及對應(yīng)的連桿機(jī)構(gòu)15的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角，方法如下:
[0016]首先通過計(jì)算機(jī)16采集滑動(dòng)軌端點(diǎn)20至支撐軌端點(diǎn)21的長度Ii,k和連桿機(jī)構(gòu)15的轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)，然后移動(dòng)滑動(dòng)軌4，同時(shí)變換連桿機(jī)構(gòu)15的位姿，通過計(jì)算機(jī)采集滑動(dòng)軌端點(diǎn)20至支撐軌端點(diǎn)21的長度h,P和連桿機(jī)構(gòu)15的轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)，其中k，p為連桿機(jī)構(gòu)15末端執(zhí)行器隨滑動(dòng)軌4移動(dòng)的連續(xù)兩點(diǎn);結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識裝置位于位置i時(shí)，采集t個(gè)滑動(dòng)軌端點(diǎn)20至支撐軌端點(diǎn)21的長度及t組連桿機(jī)構(gòu)15的轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù);其中連桿機(jī)構(gòu)15各個(gè)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)方式如下:按照關(guān)節(jié)從小到大的原則依次運(yùn)動(dòng)，關(guān)節(jié)一從0°變換到20°，下一次再從20°變換到40°，以此類推，每次變換關(guān)節(jié)的角度增加20°，一直增加到340°，即完成此關(guān)節(jié)的位姿變換，其余關(guān)節(jié)也按照這種方法運(yùn)動(dòng)，使連桿機(jī)構(gòu)各個(gè)關(guān)節(jié)充分運(yùn)動(dòng)；
[0017]Step5、計(jì)算結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識所需要的長度:兩次采集到的長度之差為連桿機(jī)構(gòu)15末端執(zhí)行器隨結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識裝置的滑動(dòng)軌4在支撐軌3上移動(dòng)的距離，從而可得到連桿機(jī)構(gòu)15末端執(zhí)行器空間兩點(diǎn)的距離，該距離為結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識所需要的長度即為:h,P — h,k;
[0018]Step6、判斷是否完成數(shù)據(jù)采集操作，若尚未完成則移動(dòng)結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識裝置并且位置變量自增1:1 = i+Ι，并轉(zhuǎn)至步驟Step4;若已完成結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識數(shù)據(jù)采集操作則轉(zhuǎn)至步驟Step7；
[0019]Step7、完成結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識數(shù)據(jù)采集后，令n=i ；
[0020 ] Step8、求解待辨識的連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)向量m:
[0021]由于固定結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識裝置于固定平臺(19)位置i時(shí)，連桿機(jī)構(gòu)(15)末端執(zhí)行器隨滑動(dòng)軌(4)由點(diǎn)k移動(dòng)到點(diǎn)P的距離是角度向量0i,k、0i, P與待辨識的連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)向量m的函數(shù)，有:
[0022]F(01;1,0^2,,11)=111,2-11,1
[0023]F(9i,3，9i,4，m)=|li,4—1ι,3
[0024]F(0i;t-1, 0i；t ,m)= | li,t — li,t—11
[0025]F(02) t+1，02，t+2，m)= I l2，t+2 —l2，t+l I
[0026]F(02) 2t-l，02,2t,m)=| l2,2t—l2,2t-1
[0027]F(0n)nt-l,0n；nt,m)= ln,nt—ln,nt-l
[0028]在上面的方程組中，只有待辨識的連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)向量m是不確定的，對其進(jìn)行求解，得到結(jié)構(gòu)參數(shù)向量m的精確值；
[O O 2 9 ] S t e P 9、將結(jié)構(gòu)參數(shù)向量m代入連桿機(jī)構(gòu)15的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程中，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識結(jié)果的有效性，完成連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識。
[0030]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0031]1、結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識裝置可以固定在固定平臺多個(gè)位置，從而在采集數(shù)據(jù)時(shí)連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)空間變大，連桿機(jī)構(gòu)各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)更加充分，為結(jié)構(gòu)參數(shù)解算提供了魯棒性更強(qiáng)的數(shù)據(jù)支持。
[0032]2、連桿機(jī)構(gòu)的末端執(zhí)行器隨光柵讀數(shù)頭一起移動(dòng)，結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識所需的長度可以由光柵尺系統(tǒng)精確計(jì)算得到，計(jì)算出的長度誤差很小，提高了結(jié)構(gòu)參數(shù)解算的可靠性和精度。
[0033]3、由于結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識裝置的有效長度為兩次光柵讀數(shù)頭讀數(shù)之差，其它零件的加工精度對讀數(shù)的精度幾乎無影響，并且結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識裝置不存在長度校準(zhǔn)，從而適用范圍更廣、加工更容易。
【附圖說明】
[0034]圖1是本實(shí)用新型中結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖2是本實(shí)用新型中結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識裝置的外形圖；
[0036]圖3是本實(shí)用新型中結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識裝置的俯視圖；
[0037]圖4是本實(shí)用新型中結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識裝置的左視圖；
[0038]圖5是本實(shí)用新型中結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識裝置的滑動(dòng)軌外形圖；
[0039]圖6是本實(shí)用新型中結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識裝置的腳架外形圖；
[0040]圖7是本實(shí)用新型裝置固定于位置1，連桿機(jī)構(gòu)末端執(zhí)行器位于位置點(diǎn)I時(shí)，在結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識過程中采集數(shù)據(jù)時(shí)的位姿圖；
[0041]圖8是本實(shí)用新型裝置固定于位置1，連桿機(jī)構(gòu)末端執(zhí)行器位于位置點(diǎn)2時(shí)，在結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識過程中采集數(shù)據(jù)時(shí)的位姿圖；
[0042]圖中:1