一種相對全位姿檢測裝置及其應用的制作方法

本發明涉及一種相對全位姿檢測裝置及其應用，屬于相對全位姿檢測的技術領域。

背景技術：

相對位姿檢測技術是指，通過相對位姿的實時監測確定兩獨立物體間的相對位置關系及相對姿態變化，以實現對物體未來位姿的控制。目前，位姿檢測多用于機械手或機器人領域，多數是通過角度傳感器、位移傳感器判斷具有關聯性質物體各組成元件的相對位姿，也有一部分是借助激光、紅外線、電磁式傳感器通過判斷兩物體相對距離實現局部位姿信息監測。

例如，中國專利CN105444687A公開了一種基于對視攝像測量和激光測距的相對位姿變化測量方法。該裝置利用攝像測量和激光測距技術高精度、簡單快速的優點，測量兩個剛體之間的相對位姿變化。

上述通過角度、位移傳感器或者激光、紅外線、電磁式傳感器的檢測方法，實施成本一般較高，且很難實現兩物體的全位姿檢測。

技術實現要素：

針對現有技術的不足，本發明提供一種相對全位姿檢測裝置。

本發明還提供一種利用上述裝置進行相對全位姿檢測的方法。

本發明的技術方案為：

一種相對全位姿檢測裝置，包括傳感器固定板和線頭集結器固定板；傳感器固定板上設置有多個拉線式位移傳感器，線頭集結器固定板上設置有與拉線式位移傳感器相配合的線頭集結器；拉線式位移傳感器與線頭集結器之間設置有輸出拉線。

優選的，所述拉線式位移傳感器的個數至少為3個；多個拉線式位移傳感器設置在傳感器固定板的同一側。

優選的，線頭集結器與拉線式位移傳感器個數相同。

優選的，拉線式位移傳感器上設置有輸出孔；線頭集結器上設置有與所述輸出孔相配合的線頭進入孔；所述輸出拉線從所述輸出孔輸出進入所述線頭進入孔。

進一步優選的，所述輸出孔和線頭進入孔均為圓形孔，圓形孔的面積大于穿過它的所有輸出拉線的截面積之和。

進一步優選的，所述拉線式位移傳感器上的輸出孔位于同一平面；所述線頭集結器上的線頭進入孔位于同一平面。

優選的，每個拉線式位移傳感器輸出的輸出拉線的根數與拉線式位移傳感器的個數相同；每個拉線式位移傳感器通過輸出拉線分別與每個線頭集結器獨立連接。每個拉線式位移傳感器與每個線頭集結器間都有一根輸出拉線。

進一步優選的，拉線式位移傳感器內設置有與輸出拉線相配合的伸出量檢測單元和自動拉緊裝置。

拉線式位移傳感器的工作原理：拉繩式傳感器的功能是把機械運動轉換成可以計量、記錄或傳送的電信號。拉線式位移傳感器由可拉伸的不銹鋼繩繞在一個有螺紋的輪轂上，此輪轂與一個精密旋轉感應器連接在一起，感應器可以是增量編碼器、絕對值編碼器、混合或導電塑料旋轉電位計、同步器或解析器。

操作上，拉繩式位移傳感器安裝在固定位置上，拉繩縛在移動物體上。拉繩直線運動和移動物體運動軸線對準。運動發生時，拉繩伸展和收縮。一個內部彈簧保證拉繩的張緊度不變。帶螺紋的輪轂帶動精密旋轉感應器旋轉，輸出一個與拉繩移動距離成比例的電信號。測量輸出信號可以得出運動物體的位移、方向或速率。

所述伸出量檢測單元可以被認為是上述提到的“精密旋轉感應器”。所述自動張緊裝置可以認為是上文提到的“內部彈簧”。這里的彈簧不僅可以使拉繩的張緊度不變，還可以使拉繩伸出末端松開后拉繩回卷入拉線式位移傳感器內。

進一步優選的，拉線式位移傳感器內設置有與每根輸出拉線相對應的伸出量檢測單元和自動拉緊裝置。傳統的拉線式位移傳感器只有一根輸出拉線，只配備有一個檢測單元，用于檢測這一根拉線的伸出量；而本發明所述的拉線式位移傳感器至少有三根拉線，每根拉線都需配一個獨立的檢測單元。

優選的，多個拉線式位移傳感器圍成多邊形。

優選的，所述輸出拉線的線頭固定設置在線頭集結器的線頭固定器上。

線頭固定器是將拉繩伸出末端固定的結構，可以是壓線螺釘，也可以是栓線孔。

一種利用上述裝置進行相對全位姿檢測的方法，包括步驟如下：

1)分別測量輸出孔兩兩之間的距離和線頭進入孔兩兩之間的距離；

2)通過拉線式位移傳感器測量所述輸出孔到所述線頭進入孔的距離；

3)將傳感器固定板和線頭集結器固定板分別固定安裝在待檢測的兩物體上，檢測兩物體的相對位姿變化。

優選的，檢測兩物體的相對位姿變化的具體方法如下：分別在多個拉線式位移傳感器和多個線頭集結器所在平面建立直角坐標系xyz和x'y'z'，此時，直角坐標系xyz和x'y'z'的各個坐標軸和原點的關系代表兩物體的初始位置和初始姿態關系；每個拉線式位移傳感器和每個線頭集結器之間的距離已知，當兩物體發生位置和姿態變化時，坐標系xyz和x'y'z'相對位姿發生變化，通過檢測拉線式位移傳感器的拉線伸出量確定每個拉線式位移傳感器和每個線頭集結器之間的最新長度，通過求解直角坐標系xyz和x'y'z'各坐標軸及原點的關系，獲得兩物體此時的位姿關系。

本發明的有益效果為：

本發明所述相對全位姿檢測裝置，借助拉線式位移傳感器，通過檢測不同平面多點間的距離變化，反推物體相對位姿變化；結構及檢測原理簡單，檢測精度高，實現簡單，具有廣泛的推廣價值。

附圖說明

圖1為本發明所述相對全位姿檢測裝置的結構示意圖；

圖2為實施例13中檢測兩點距離的示意圖；

圖3為實施例13中通過四個點檢測兩物體位資的示意圖；

圖4為實施例13中利用普通方法檢測兩個六面物體位資的示意圖；

圖5為實施例13利用本發明所述方法檢測兩個物體位資的示意圖；

其中，1、傳感器固定板；2、拉線式位移傳感器；2-1、輸出孔；2-2、輸出拉線；3、線頭集結器固定板；4、線頭集結器；4-1、線頭進入孔。

具體實施方式

下面結合實施例和說明書附圖對本發明做進一步說明，但不限于此。

實施例1

如圖1所示。

一種相對全位姿檢測裝置，包括傳感器固定板1和線頭集結器固定板3；傳感器固定板1上設置有多個拉線式位移傳感器2，線頭集結器固定板3上設置有與拉線式位移傳感器2相配合的線頭集結器4；拉線式位移傳感器2與線頭集結器4之間設置有輸出拉線2-2。

實施例2

如實施例1所述的相對全位姿檢測裝置，所不同的是，所述拉線式位移傳感器2的個數為3個；3個拉線式位移傳感器2設置在傳感器固定板1的同一側。

實施例3

如實施例1所述的相對全位姿檢測裝置，所不同的是，線頭集結器4與拉線式位移傳感器2個數相同。

實施例4

如實施例1所述的相對全位姿檢測裝置，所不同的是，拉線式位移傳感器2上設置有輸出孔2-1；線頭集結器4上設置有與所述輸出孔2-1相配合的線頭進入孔4-1；所述輸出拉線2-2從所述輸出孔2-1輸出進入所述線頭進入孔4-1。

實施例5

如實施例1所述的相對全位姿檢測裝置，所不同的是，每個拉線式位移傳感器2輸出的輸出拉線2-2的根數與拉線式位移傳感器2的個數相同；每個拉線式位移傳感器2通過輸出拉線2-2分別與每個線頭集結器4獨立連接。

實施例6

如實施例5所述的相對全位姿檢測裝置，所不同的是，拉線式位移傳感器2內設置有與輸出拉線2-2相配合的絕對值編碼器和內部彈簧。

實施例7

如實施例6所述的相對全位姿檢測裝置，所不同的是，拉線式位移傳感器2內設置有與每根輸出拉線2-2相對應的絕對值編碼器和內部彈簧。傳統的拉線式位移傳感器只有一根輸出拉線，只配備有一個檢測單元，用于檢測這一根拉線的伸出量；而本發明所述的拉線式位移傳感器至少有三根拉線，每根拉線都需配一個獨立的檢測單元。

實施例8

如實施例4所述的相對全位姿檢測裝置，所不同的是，所述輸出孔2-1和線頭進入孔4-1均為圓形孔，圓形孔的面積大于穿過它的所有輸出拉線2-2的截面積之和。

實施例9

如實施例4所述的相對全位姿檢測裝置，所不同的是，所述拉線式位移傳感器2上的輸出孔2-1位于同一平面；所述線頭集結器4上的線頭進入孔4-1位于同一平面。

實施例10

如實施例1所述的相對全位姿檢測裝置，所不同的是，多個拉線式位移傳感器2圍成三角形。

實施例11

如實施例1所述的相對全位姿檢測裝置，所不同的是，所述輸出拉線2-2的線頭固定設置在線頭集結器4的線頭固定器上。所述線頭固定器為壓線螺釘。

實施例12

一種利用實施例1-11所述裝置進行相對全位姿檢測的方法，包括步驟如下：

1)分別測量輸出孔2-1兩兩之間的距離和線頭進入孔4-1兩兩之間的距離；

2)通過拉線式位移傳感器2測量所述輸出孔2-1到所述線頭進入孔4-1的距離；

3)將傳感器固定板1和線頭集結器固定板3分別固定安裝在待檢測的兩物體上，檢測兩物體的相對位姿變化。

實施例13

如利用實施例12所述的相對全位姿檢測的方法，檢測兩物體的相對位姿變化的具體方法如下：如圖5所示，假設A₁、A₂、A₃點分別代表三個拉線式位移傳感器2，B₁、B₂、B₃代表三個線頭集結器4，A₁、A₂、A₃固定于一物體上且呈三角形布置，B₁、B₂、B₃固定于另一物體上且呈三角形布置，分別在拉線式位移傳感器2和線頭集結器4所在平面建立直角坐標系xyz和x'y'z'，此時，直角坐標系xyz和x'y'z'的各個坐標軸和原點的關系代表兩物體的初始位置和初始姿態關系；A₁A₂、A₁A₃、A₂A3、B1B2、B₁B₃、B₂B₃長度已知，當兩物體發生位置和姿態變化時，即坐標系xyz和x'y'z'相對位姿發生變化，我們通過檢測拉線式位移傳感器2的拉線伸出量確定A₁B₁、A₁B₂、A₁B₃、A₂B₁、A₂B₂、A₂B₃、A₃B₁、A₃B₂、A₃B₃的長度，經過求解直角坐標系xyz和x'y'z'各軸及原點的關系，獲得兩物體此時的位姿關系。

如圖2所示，假設A點代表拉線式位移傳感器，B代表線頭集結器，分別將A、B固定在兩物體上，我們只能通過檢測拉線式位移傳感器的拉線伸出量確定A、B的距離，無法確定兩物體的位姿。

如圖3所示，假設A₁、A₂點分別代表雙出頭拉線式位移傳感器，B₁、B₂代表線頭集結器，A₁、A₂固定于一物體上，B₁、B₂固定于另一物體上，A₁A₂、B₁B₂長度已知，我們通過檢測拉線式位移傳感器的拉線伸出量確定A₁B₁、A₂B₁、A₁B₂、A₂B₂的長度，來判別兩物體的部分位姿關系。但如果出現圖4的情況，利用圖3所示的檢測方法就無法檢測出兩物體此時的位姿變化。圖4中，兩六面體分別代表一物體，當B₁、B₂所位于的物體圍繞B₁B₂做旋轉運動時，A₁B₁、A₂B₁、A₁B₂、A₂B₂的長度仍然不變，因此，一物體設置兩雙出頭拉線式位移傳感器的方法，無法實現全位姿的檢測。

利用本發明所述檢測方法，即使出現圖4所示的位姿變化也能檢測出來。因此，該方法可以實現兩物體的全位姿檢測。該方法所采用的基本原理是，三個不在同一直線上的三點可以確定一個平面。

當物體上布置的拉線式位移傳感器2和線頭集結器4的個數多于3個，構成多邊形時，由于此多邊形的每三個點構成一個三角形，既然拉線式位移傳感器2和線頭集結器4三角形布置可以實現全位姿檢測，拉線式位移傳感器2和線頭集結器4的這種多邊形布置自然也可實現全位姿檢測，因此，本發明的所涉及的一種相對全位姿檢測裝置的拉線式位移傳感器2和線頭集結器4個數不僅限于3個。