柔性坐标测量机测量臂的自动调整平衡方法与平衡关节技术

本发明专利技术公开了一种柔性坐标测量机测量臂的自动调整平衡方法与平衡关节。安装在上、下轴套内的旋转轴大端与上轴套螺纹连接，小端与轴承外套筒间的轴上安装两个轴承，旋转轴的小端面安装光栅盘和磁粉制动器，读数头安装板平行于光栅盘固定在轴承外套筒的端面上；上轴套的凸出空心圆柱内孔通过螺纹与第二回转关节固定连接，下轴套的凸出空心圆柱面通过螺纹与靠近测量机底座的第一回转关节固定连接。本发明专利技术根据轴上安装的传感器的角度读数推算出测量机的当前位姿，并与测量机摆动关节臂的自重计算出磁粉制动器所需要输出的平衡力矩大小，通过磁粉制动器励磁电流与力矩的基本线性关系计算磁粉制动器的励磁电流大小，从而得到所需的平衡力矩值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种柔性坐标测量机测量臂的自动调整平衡方法与平衡关节。
技术介绍
柔性坐标测量机是一种依靠测量者驱动的非正交的坐标测量设备，由于其 机械结构类似于机器人手臂，测量臂的自身重量使得测量者需要用手扶持着测 量臂进行测量， 一方面使得测量者操作不方便，降低了测量效率，另一方面测 量臂的自身重量也会引起臂身的结构变形，影响了测量精度。因此柔性臂坐标 测量机的重力平衡机构是必不可少的。当前柔性坐标测量机中的重力平衡机构大多采用螺旋弹簧和空气弹簧力矩 平衡这两种结构。由于柔性坐标测量机的坐标系统是非正交坐标系统，在测量 时测量机所需的平衡力矩会随着测量位姿的变化而变化，变化幅度比较大。而 上述这两种平衡机构的输出平衡力矩都是单方面增大或者减小，不能相对应着 测量机所需的重力平衡力矩相对应着变化。并且，螺旋弹簧结构的平衡机构装 卸与维修都比较困难，空气弹簧机构形式的平衡机构结构比较大，不仅增大了 测量机的重量与体积而且还影响美观。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种柔性坐标测量机的重力平衡方法与平衡关节，减 小测量机由于自重产生的结构变形，减轻测量者的测量强度，装卸方便，输出 力矩方便可调，可设定安全行程。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是一、 一种柔性坐标测量机测量臂的自动调整平衡方法内部设有磁粉制动器的平衡关节安装于测量机的靠近底座一端的摆动关节 上，根据该摆动关节轴上安装的角度传感器的角度读数推算出测量机的当前位 姿，根据测量机的位姿与测量机测量臂的自重计算出磁粉制动器所需要输出的 平衡力矩大小，通过磁粉制动器励磁电流与力矩的基本线性关系计算磁粉制动 器的励磁电流大小，从而得到所需的平衡力矩值，当安装磁粉制动器的转轴关 节转角每转过1°,则通过计算后更新磁粉制动器的输出力矩值，以此获得连续 平滑的输出力矩以平衡关节臂的重力。所述的自动调整平衡方法，应用的柔性坐标测量机是一种非正交、六自由度、包含有三个摆动关节和三个回转关节，且每个关节上都安装有角度传感器 二、一种柔性坐标测量机测量臂的自动调整平衡关节在内径相同的、同轴配合的上轴套与下轴套内，安装有阶梯形的空心旋转 轴，阶梯形的空心旋转轴的大端轴与上轴套螺纹连接，小端轴与轴承外套筒间 的小端轴上向外依次安装第一轴承、轴承隔板和第二轴承轴承并用螺母固定， 阶梯形的空心旋转轴的小端面依次安装带有光栅盘的光栅盘安装板和带有磁粉 制动器的磁粉制动器安装轴，通过螺钉固定在空心旋转轴的小端面上，读数头 安装板平行于光栅盘以螺钉固定安装于轴承外套筒的端面上，轴承外套筒与下 轴套螺纹连接；上轴套与下轴套的对称侧面分别有凸出的空心圆柱，上轴套的 凸出空心圆柱内孔开内螺纹，下轴套的凸出空心圆柱面上开外螺纹，下轴套通 过螺纹与靠近测量机底座的第一回转关节固定连接，上轴套通过螺纹与第二回 转关节固定连接。所述的磁粉制动器为自然冷却的空心轴式磁粉制动器。 本专利技术具有的有益效果是-本专利技术利用测量臂旋转关节本身就安装的角度传感器，配合通用的自然冷却 式磁粉制动器设计成的柔性坐标测量机的重力平衡机构结构简单，可方便拆卸、 维修，并且可以根据测量机实际所需的平衡力矩输出与之相对应的平衡力矩， 还可以在特定的位姿下设定安全行程阻止测量机旋转，在测量者的疏忽的情况 下保护测量机的安全。装置安装固定之后亦可通过软件调节输出力矩；可以设 置安全旋转行程以保护测量机。 附图说明图1是摆动关节的磁粉制动器与角度传感器安装示意图。 图2是图1的左视图。图3是本专利技术应用的柔性坐标测量机的安装示意图。图4是柔性坐标测量机的平衡力矩示意图。图5是测量臂自动调整平衡方法的具体流程图。图中1、上轴套，2、空心旋转轴，3、轴承，4、轴承内隔圈，5、轴承外 隔圈，6、轴承，7、内螺母，8、外螺母，9、光栅盘安装板，10、光栅盘，11、 轴承外套筒，12、读数头安装板，13、螺钉，14、读数头，15、螺钉，16、磁 粉制动器安装轴，17、磁粉制动器，18、下轴套，19、螺钉，20、回转关节， 21、摆动关节，22、回转关节，23、摆动关节，24、回转关节，25、摆动关节，26、计算机，27、螺钉，28、通线孔，29、通线孔。 具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明。如图1所示，在内径相同的、同轴配合的上轴套1与下轴套18内，安装有 阶梯形的空心旋转轴2，阶梯形的空心旋转轴2的大端轴与上轴套1螺纹连接， 小端轴与轴承外套筒ll间的小端轴上向外依次安装第一轴承3、轴承内隔圈4、 轴承外隔圈5和第二轴承轴承6并用内螺母7和外螺母8固定，阶梯形的空心 旋转轴2的小端面依次安装带有光栅盘10的光栅盘安装板9和带有磁粉制动器 17的磁粉制动器安装轴16，通过螺钉27固定在空心旋转轴2的小端面上，读 数头安装板12平行于光栅盘10以螺钉13固定安装于轴承外套筒11的端面上， 读数头14用螺钉15固定于读数头安装板12上，磁粉制动器17内孔与磁粉制 动器安装轴16以键链接，磁粉制动器16壳体与下轴套18用螺钉19固定连接， 轴承外套筒11与下轴套18螺纹连接；上轴套1与下轴套18的对称侧面分别有 凸出的空心圆柱，上轴套l的凸出空心圆柱内孔开内螺纹，下轴套18的凸出空 心圆柱面上开外螺纹，下轴套18通过螺纹与靠近测量机底座的第一回转关节20 固定连接，上轴套1通过螺纹与第二回转关节22固定连接。摆动关节21之后的其他关节的接线通过通线孔29，穿过阶梯空心轴2的空 轴心，通过磁粉制动器安装轴16的下端开口再通过通线孔28通向回转关节20 与计算机连接，磁粉制动器17与读数头14的接线直接通过通线孔28通向回转 关节20与计算机连接。所述的磁粉制动器17为自然冷却的空心轴式磁粉制动器。磁粉制动器通过 控制器控制其励磁电流大小就可以输出一定的力矩。需要维修维护时直接断电 卸下上轴套1和下轴套18，磁粉制动器就可以方便的拆卸下来进行维护，角度 传感器也可进行调试。图2为图1所示的摆动关节21的左视图，从图2可以看出摆动关节21的 在摆动时是上轴套1相对着下轴套18旋转。图3本专利技术实施所应用的柔性臂坐标测量机的实施例图，从图3可以看出 柔性臂坐标测量机包含三个回转关节和三个摆动关节，从底座开始分别为回转 关节20，摆动关节21，回转关节22,摆动关节23，回转关节24和摆动关节25， 各个关节依次排列，通过线缆与计算机26连接通讯，计算机26含有角度传感 器信号采集卡和磁粉制动器控制卡。3个摆动关节中摆动关节21的特殊之处在 于其是发挥测量臂重力平衡的平衡关节，其中安装有能够产生力矩的磁粉制动器。安装调试时，先把平衡关节安装于测量机上，测量机的其他关节也安装完 毕，将测量机的角度传感器信号线、按钮控制线和磁粉制动器控制线与计算机连接好，在计算机控制软件上输入如图4所示的测量臂重量G，力臂L和平衡 系数《、安全行程范围，测量机上电之后，手动控制测量机使其角度传感器回零， 角度传感器回零之后磁粉制动器的就上电工作输出平衡力矩起到了平衡作用。图4所示为测量臂的力矩情况。如图所示测量臂的重力对于摆动关节的摆 动旋转中心产生力矩，其力矩的计算方法如下首先在UG软件(本专利技术采用 UGNX4.0)里将柔性测量机的具本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔性坐标测量机测量臂的自动调整平衡方法，其特征在于：内部设有磁粉制动器的平衡关节安装于测量机的靠近底座一端的摆动关节上，根据该摆动关节轴上安装的角度传感器的角度读数推算出测量机的当前位姿，根据测量机的位姿与测量机测量臂的自重计算出磁粉制动器所需要输出的平衡力矩大小，通过磁粉制动器励磁电流与力矩的基本线性关系计算磁粉制动器的励磁电流大小，从而得到所需的平衡力矩值，当安装磁粉制动器的转轴关节转角每转过１°，则通过计算后更新磁粉制动器的输出力矩值，以此获得连续平滑的输出力矩以平衡关节臂的重力。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王文，林铿，高贯斌，陈子辰，韦东波，陆军华，
申请(专利权)人：浙江大学，杭州博洋科技有限公司，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]