課程設(shè)計--六自由度多關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量儀機械結(jié)構(gòu)設(shè)計(編輯修改稿)
2025-07-13 07:39 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 換獲得， 是一個非常復(fù)雜的 非線性方程。 2) 結(jié)構(gòu)簡單 不同于一般機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計， 采用了相鄰關(guān)節(jié)軸線 相互垂直的機械結(jié)構(gòu)， 其優(yōu)點是 ： 是機械結(jié)構(gòu)簡單 ， 方便操作 ， 簡化 8 了運動學(xué)建模 ；特別是避免了桿件相互“ 干涉 ” ， 減小了測量“ 盲區(qū) ” 。 3) 測量范圍大 其測量范圍理論上可無限擴大。一方面， 可加長 上臂和前臂的長度來擴大測量范圍， 但精度將急劇降低 ； 另一方面 ，可移動 多關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量機， 在不同的位置 對大型物體進(jìn)行坐標(biāo)測量。 4) 可對 內(nèi)表面進(jìn)行測量 由于采用了六自由度關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)， 因此可以靈活方便的 從不同方位測量物體表面， 并可深 入物體內(nèi)部 對內(nèi)表面進(jìn)行測量。 測頭位姿 的描述 多關(guān)節(jié)坐標(biāo) 測量儀的 各 桿件及測頭都可當(dāng)作剛體來處理。三維空間 中 ，剛體的位姿由其在空間所處的位置和姿態(tài)來描述，如圖 3 所示 。 圖 3 測頭的位姿 圖 3中 在測量儀末端測頭上 設(shè)置一個 描述 其位姿的 坐標(biāo)系， 由 三個相互垂直的 單位矢量 所規(guī)定，其中向量 a 表示 測頭接近被測表面的方向， 向量 o 平行于 相鄰的關(guān)節(jié)軸線 。 向量 n 、 a 、 o 和 p 完全 確定了側(cè)頭或桿件的空間位姿 T 。 9 0 0 0 10 0 0 1x x x xy y y yz z z zn o a pn o a p n o a pTn o a p???? ???? ???????? 測量系統(tǒng) 運動學(xué)模型 Denavit 和 Harten 在 1955 年提出了對兩個相互連接且相互運動的構(gòu)建建立兩個特殊坐標(biāo)系的方法， 并給出了 著名 的 DenavitHarten（ 簡稱DH） 齊次變換矩陣 ， 給兩構(gòu)件 相對運動關(guān)系的研究帶來方便。 結(jié)合式 和著名的 DH變換矩陣法，可以 得到 測頭位姿 相對于基座坐標(biāo)系 的運動學(xué)方程 1 1 2 21 1 2 2123 3 4 4333c os 0 si n 0 c os 0 si n 0si n 0 c os 0 si n 0 c os 00 1 0 0 1 00 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1c os 0 si n 0 c os 0 si n 0si n 0 c os 0 si n0 1 00 0 0 1x x x xy y y yz z z zn o a pn o a pTn o a p L LL? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ??? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ????????????554 4 5 545666667c os 0 si n 00 c os 0 si n 0 c os 00 1 0 0 1 00 0 0 1 0 0 0 1c os 0 si n 0 1 0 0 0si n 0 c os 0 0 1 0 00 1 0 0 0 10 0 0 1 0 0 0 1LLLL??? ? ??????? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ??? ? ? ??? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? 設(shè)計 總體設(shè)計原則 1) 由測量范圍要求 1200mm ，可確定 測量臂 長度 1l +2l =600mm ，取1l =2l =300mm ，含軸部分估為 120mm ，按實心硬鋁合金計算，測 10 頭初擾動力 F 按 2kg 計算，查詢 45 號鋼彈性模量 E=200GN/ 2m 。 2) 旋轉(zhuǎn)軸系的配置：編碼器軸與關(guān)節(jié)鋼軸用套筒相連，并用螺釘固定；編碼器外殼用彈性鋼片與關(guān)節(jié)外殼相連。 圖 光電編碼器實物 3) 根據(jù) 整個裝置的剛度和重量要求，測量臂選用鋁合金，軸選用 45號 鋼，其他部分（ 外殼 ， 聯(lián) 接件 等 ） 選用 硬鋁合金。 4) 為了 增大承載力，最下兩個關(guān)節(jié)直徑適當(dāng)增加。 關(guān)節(jié) 2外徑 不大于 80mm ， 其他關(guān)節(jié) 外 徑 不大于 50mm 。 關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計 關(guān)節(jié)部件是整個六自由度測量儀的關(guān)鍵，它是一個旋轉(zhuǎn)軸系統(tǒng)，由軸、軸承、外殼、光電編碼器、聯(lián)軸器以及其他連接件組成。 它的連接與性能直接影響了測量儀的靈活性，所以，關(guān)節(jié)的外殼選擇了密度較小、 耐腐蝕的硬鋁合金，各個關(guān)節(jié)的連接則采用了相同的 圓柱與圓柱相貫的 連接方式。這樣既有利于測量儀的穩(wěn)定與牢固，又有利于儀器的靈活性。同
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