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-文庫吧資料
2025-01-23 04:41本頁面
【正文】 為了防止關(guān)節(jié)的軸持續(xù)向某一方向旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致內(nèi)部電氣線路纏繞損壞，需要在每個關(guān)節(jié)處添加限位裝置來限制每個軸的旋轉(zhuǎn)角度范圍。在第二個關(guān)節(jié)上加裝一個扭簧，用以平衡測量臂和上面4個關(guān)節(jié)的重量，減輕在測量時人施加的力，減輕人的負(fù)擔(dān)。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。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。4) 為了增大承載力，最下兩個關(guān)節(jié)直徑適當(dāng)增加。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。 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。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，其中向量表示測頭接近被測表面的方向，向量平行于相鄰的關(guān)節(jié)軸線。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。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。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)”。圖 2 六自由度多關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量儀結(jié)構(gòu)示意圖由圖2可以看出，六自由度多關(guān)節(jié)坐標(biāo)測量儀是由多桿件通過旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)串聯(lián)而成的空間開放式連桿機構(gòu)。本次課程設(shè)計的任務(wù)就是模仿FARO公司的產(chǎn)品Space Arm，進(jìn)行六自由度關(guān)節(jié)式坐標(biāo)測量儀機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，以培養(yǎng)學(xué)生綜合運用工程力學(xué)與機械學(xué)的基本知識進(jìn)行機械結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計的實踐能力。 圖 1 FARO公司的角度測量儀產(chǎn)品——Space Arm圖一所示的便攜式坐標(biāo)測量儀采用了六個高精度光學(xué)編碼器，是一種新型的非笛卡爾坐標(biāo)測量系統(tǒng)，根據(jù)仿生學(xué)原理，模仿人的腰關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)，將一系列桿件（臂）通過具有旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌的關(guān)節(jié)連接起來，以角度基準(zhǔn)取代長度基準(zhǔn)，從而具有機械結(jié)構(gòu)相對簡單、測量范圍大、體積小、可便攜移動等優(yōu)點。其中，美國FARO公司研制開發(fā)的一種稱為“SpaceArm”的坐標(biāo)測量設(shè)備，在汽車、飛機、航天等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。三坐標(biāo)測量儀的主要特點如下：（1） 直線型導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)；（2） 長度測量基準(zhǔn)：大部分都采用長光柵測量系統(tǒng)作為X、Y、Z軸的方向上的長度標(biāo)準(zhǔn)；（3） 測量精度高：不確定度可達(dá)到級；（4） 測量范圍手直線導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)限制；（5） 體積大、笨重、不靈活、不便于移動。傳統(tǒng)的三坐標(biāo)測量儀主要由三個相互垂直的導(dǎo)軌（構(gòu)成一個笛卡爾坐標(biāo)系）、支撐系統(tǒng)、測頭、長光柵傳感器、數(shù)控系統(tǒng)、計算機系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)等組成。以德國的Carl Zaiss公司、美國的Brown ＆Sharp公司和Shefffied公司、意大利DEA公司等為代表的五十多家公司不斷推出新產(chǎn)品，在測量精度、機械結(jié)構(gòu)形式、軟件功能、測量效率和柔性等方面取得了質(zhì)的飛躍。于是在1959年，以研制并生產(chǎn)數(shù)控機床為主的英國Ferranti公司首先提出了“坐標(biāo)測量”這一概念，并在同年夏季法國巴黎召開的國際機床博覽會
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