二次元检测仪-自由度个数的选择
关节型便携式三坐标测量仪机械结构的设计首先需要根据测量需求和设计原则, 确定好仪器所需的关节数, 然后分别从各个关节入手, 详细设计其关键零部件的详细结构。
工业机器人的运动自由度是指各运动部件在三维空间相对于参考坐标系所具有的独立运动数目, 也就是指各运动部件所包含的直线运动、旋转和摆动的数目。一般情况下, 出于操作的灵活性考虑, 大都采用4至6个自由度。由于多关节坐标测量机的设计在结构上模仿了关节式机器人的结构形式, 所以在确定仪器结构中自由度的个数时, 与关节型机器人的考虑相同。关节越多, 越灵活但是成本会增加很多。哈尔滨工业大学的叶东在博士论文中曾运用工作空间的参数方程分析了在测量空间中, 若想实现空间八个象限点的测量, 至少需要四个关节数。但同时也提出, 三关节的结构也会保证测量空间的完整无“空洞”, 但只能覆盖参考坐标系的四个象限。作者从经济性和实用性方面考虑出发, 一般的测量对象放置在工作平台上进行测量时, 既可能放置在上四个象限内, 也可能放置在下四个象限内, 其差别只是在于Z轴的高度, 因此理论上任何检测对象, 只要通过增加其Z轴高度, 都可以实现在四个象限内的测量。因此, 在本课题中, 作者将考虑设计三关节的原型机, 来实现坐标的测量。三个关节分别设于底座, 充当关节型机器人“腰关节”的角色, 工作时绕参考坐标系Z轴的旋转第二个关节设置在大臂上, 充当参考关节式机器人“肩关节”的角色 第三个关节设置在小臂上, 充当参考关节式机器人“肘关节”的角色, 它直接与测头相连。
三坐标测量仪的设计思路
关节型机器人是一种仿生仪器, 它的结构模拟人的上臂和前臂构成,己经得到了广泛的成功应用。其关节全部为旋转关节, 腰关节绕Z轴转动, 臂的两个关节绕平行于Y轴的两轴线转动, 它利用三次圆弧运动来改变手的空间位置。它具有结构紧凑, 所占空间体积小,相对工作空间大, 还能绕过机座周围的一些障碍物等特点。受其机械结构和特点的启发,在其前臂的末端安装上测头, 每个回转关节装上传感器拟采用精密的计量光栅,并去掉机器人结构中的驱动装置和控制机构, 而改为手动操作。测量时, 底座旋转带动大臂, 大臂带动小臂, 构成以大臂和小臂总长度为扫描半径的扫描空间, 测头触发开关信号, 通过读取角度传感器记录的相邻两杆件的相对回转角度,运用空间齐次坐标变换的D-H方法,求得测头相对于仪器机械零位的位姿, 从而实现对扫描空间点的坐标测量。
三坐标测量仪的设计原则
关节式关节型三坐标测量仪的设计, 需要从功能需求出发, 综合考虑制造、使用以及经济成本等方面的因素, 遵循以下的几个设计原则：
1、在满足基本的测量功能需求的前提下, 应当使用方便, 安全可靠, 外形美观；
2、各零部件在满足机械强度的前提下, 尽量做到体积小、重量轻、耗能少、效率高； 2.5次元测量仪
3、使用时应当便于操作, 轻便省力, 必要时增加 自平衡机构, 符合人机工程的需求；
4、在满足精度和测量需求的前提下, 尽量考虑仪器的经济效益, 包括材料的选择, 零部件制造的可加工性能, 元器件的选型, 结构的设计等方面。
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