一種連桿機構的結構參數辨識系統的制作方法
【技術領域】
[0001 ]本實用新型涉及一種連桿機構的結構參數辨識系統，屬于結構參數辨識領域。
【背景技術】
[0002]連桿機構是一種多自由度設備，目前在工業現場測量、產品逆向設計等多個領域都有涉及。連桿機構通常采用空間開鏈式結構，這種結構形式存在誤差累積放大的缺點，各級關節的結構參數誤差會被逐級放大，從而造成連桿機構的精度降低。
[0003]結構參數辨識是消除連桿機構結構參數誤差的有效方法，由于結構的差異，傳統的結構參數辨識方法無法直接應用于連桿機構上，而目前機器人領域的結構參數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，且結構參數辨識操作步驟繁瑣、結構參數辨識時間長，因此應用成本也很高。此外，目前的結構參數辨識裝置需要其它精密儀器的輔助測量，增加了結構參數辨識的難度。
【發明內容】
[0004]本實用新型提供了一種連桿機構的結構參數辨識系統及方法，以用于解決現有采用的結構參數辨識裝置需要其它精密儀器的輔助測量等問題。
[0005]本實用新型的技術方案是:一種連桿機構的結構參數辨識系統，包括結構參數辨識裝置、連桿機構15、計算機16、結構參數辨識裝置電纜17、連桿機構電纜18;
[0006]所述結構參數辨識裝置通過結構參數辨識裝置電纜17與計算機16連接通訊，連桿機構15通過連桿機構電纜18與計算機16連接通訊;通過計算機16采集連桿機構15的轉角及光柵讀數頭9讀取的結構參數辨識裝置的滑動軌端點20至支撐軌端點21的長度，并根據采集到的長度計算結構參數辨識所需要的長度;所述結構參數辨識所需要的長度為結構參數辨識裝置固定在一點時，連桿機構15的末端執行器隨結構參數辨識裝置的滑動軌4在支撐軌3上移動的距離。
[0007]所述結構參數辨識裝置包括磁性表座1、連接桿2、支撐軌3、滑動軌4、連接板5、連接板安裝螺栓6、萬向節7、安裝腳架8、光柵讀數頭9、安裝腳架螺栓10、腳架11、光柵尺12、腳架螺栓13、讀數頭安裝螺栓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與導向副的支撐軌3通過連接桿2連接在一起，導向副由支撐軌3、滑動軌4組成，支撐軌3上貼有有光柵尺12，滑動軌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上通過讀數頭安裝螺栓14安裝有光柵讀數頭9，由光柵讀數頭9將當前結構參數辨識裝置滑動軌端點20至支撐軌端點21的長度讀取出來，移動滑動軌4并將移動后滑動軌端點20至支撐軌端點21的長度讀取出來，根據兩次讀數可計算出連桿機構15的末端執行器在空間兩點的距離，用于結構參數辨識計算，萬向節7—端通過螺紋連接在連接板5上，萬向節7另一端通過螺紋7安裝在連桿機構15末端執行器上。
[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]本實用新型的工作原理是:利用萬向節7將連桿機構15的末端執行器與結構參數辨識裝置的連接板5連接，連桿機構15的末端執行器隨光柵讀數頭9 一起移動，連桿機構15的末端執行器隨結構參數辨識裝置的滑動軌4在支撐軌3上移動的距離即為結構參數辨識所需要的長度，此長度可根據光柵讀數頭9兩次讀數計算得出。根據計算出的長度并利用采集到的連桿機構15的關節轉角數據，通過運動學方程得到以連桿機構15結構參數為未知量的方程式，移動結構參數辨識裝置并變換關節轉角就可以得到一系列方程式，聯立所得到的方程式即可得到結構參數辨識方程組，求解結構參數辨識方程組即可得到連桿機構的結構參數、實現連桿機構的結構參數辨識。
[0011]具體步驟如下:
[0012]Stepl、利用萬向節7將連桿機構15與結構參數辨識裝置連接；
[0013]Step2、移動結構參數辨識裝置使連桿機構15移動至初始位姿；
[OOM] Step3、固定結構參數辨識裝置于一點并記錄結構參數辨識裝置的初始位置i=l ；
[0015]Step4、采集結構參數辨識裝置位于位置i時光柵讀數頭9的讀數以及對應的連桿機構15的關節轉角，方法如下:
[0016]首先通過計算機16采集滑動軌端點20至支撐軌端點21的長度Ii,k和連桿機構15的轉角數據，然后移動滑動軌4，同時變換連桿機構15的位姿，通過計算機采集滑動軌端點20至支撐軌端點21的長度h,P和連桿機構15的轉角數據，其中k，p為連桿機構15末端執行器隨滑動軌4移動的連續兩點;結構參數辨識裝置位于位置i時，采集t個滑動軌端點20至支撐軌端點21的長度及t組連桿機構15的轉角數據;其中連桿機構15各個關節運動方式如下:按照關節從小到大的原則依次運動，關節一從0°變換到20°，下一次再從20°變換到40°，以此類推，每次變換關節的角度增加20°，一直增加到340°，即完成此關節的位姿變換，其余關節也按照這種方法運動，使連桿機構各個關節充分運動；
[0017]Step5、計算結構參數辨識所需要的長度:兩次采集到的長度之差為連桿機構15末端執行器隨結構參數辨識裝置的滑動軌4在支撐軌3上移動的距離，從而可得到連桿機構15末端執行器空間兩點的距離，該距離為結構參數辨識所需要的長度即為:h,P — h,k;
[0018]Step6、判斷是否完成數據采集操作，若尚未完成則移動結構參數辨識裝置并且位置變量自增1:1 = i+Ι，并轉至步驟Step4;若已完成結構參數辨識數據采集操作則轉至步驟Step7；
[0019]Step7、完成結構參數辨識數據采集后，令n=i ；
[0020 ] Step8、求解待辨識的連桿機構的結構參數向量m:
[0021]由于固定結構參數辨識裝置于固定平臺(19)位置i時，連桿機構(15)末端執行器隨滑動軌(4)由點k移動到點P的距離是角度向量0i,k、0i, P與待辨識的連桿機構的結構參數向量m的函數，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構的結構參數向量m是不確定的，對其進行求解，得到結構參數向量m的精確值；
[O O 2 9 ] S t e P 9、將結構參數向量m代入連桿機構15的運動學方程中，驗證結構參數辨識結果的有效性，完成連桿機構的結構參數辨識。
[0030]本實用新型的有益效果是:
[0031]1、結構參數辨識裝置可以固定在固定平臺多個位置，從而在采集數據時連桿機構的運動空間變大，連桿機構各關節的運動更加充分，為結構參數解算提供了魯棒性更強的數據支持。
[0032]2、連桿機構的末端執行器隨光柵讀數頭一起移動，結構參數辨識所需的長度可以由光柵尺系統精確計算得到，計算出的長度誤差很小，提高了結構參數解算的可靠性和精度。
[0033]3、由于結構參數辨識裝置的有效長度為兩次光柵讀數頭讀數之差，其它零件的加工精度對讀數的精度幾乎無影響，并且結構參數辨識裝置不存在長度校準，從而適用范圍更廣、加工更容易。
【附圖說明】
[0034]圖1是本實用新型中結構參數辨識裝置的結構示意圖；
[0035]圖2是本實用新型中結構參數辨識裝置的外形圖；
[0036]圖3是本實用新型中結構參數辨識裝置的俯視圖；
[0037]圖4是本實用新型中結構參數辨識裝置的左視圖；
[0038]圖5是本實用新型中結構參數辨識裝置的滑動軌外形圖；
[0039]圖6是本實用新型中結構參數辨識裝置的腳架外形圖；
[0040]圖7是本實用新型裝置固定于位置1，連桿機構末端執行器位于位置點I時，在結構參數辨識過程中采集數據時的位姿圖；
[0041]圖8是本實用新型裝置固定于位置1，連桿機構末端執行器位于位置點2時，在結構參數辨識過程中采集數據時的位姿圖；
[0042]圖中:1