一种相对全位姿检测装置及其应用的制作方法

本发明涉及一种相对全位姿检测装置及其应用，属于相对全位姿检测的技术领域。

背景技术：

相对位姿检测技术是指，通过相对位姿的实时监测确定两独立物体间的相对位置关系及相对姿态变化，以实现对物体未来位姿的控制。目前，位姿检测多用于机械手或机器人领域，多数是通过角度传感器、位移传感器判断具有关联性质物体各组成元件的相对位姿，也有一部分是借助激光、红外线、电磁式传感器通过判断两物体相对距离实现局部位姿信息监测。

例如，中国专利CN105444687A公开了一种基于对视摄像测量和激光测距的相对位姿变化测量方法。该装置利用摄像测量和激光测距技术高精度、简单快速的优点，测量两个刚体之间的相对位姿变化。

上述通过角度、位移传感器或者激光、红外线、电磁式传感器的检测方法，实施成本一般较高，且很难实现两物体的全位姿检测。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供一种相对全位姿检测装置。

本发明还提供一种利用上述装置进行相对全位姿检测的方法。

本发明的技术方案为：

一种相对全位姿检测装置，包括传感器固定板和线头集结器固定板；传感器固定板上设置有多个拉线式位移传感器，线头集结器固定板上设置有与拉线式位移传感器相配合的线头集结器；拉线式位移传感器与线头集结器之间设置有输出拉线。

优选的，所述拉线式位移传感器的个数至少为3个；多个拉线式位移传感器设置在传感器固定板的同一侧。

优选的，线头集结器与拉线式位移传感器个数相同。

优选的，拉线式位移传感器上设置有输出孔；线头集结器上设置有与所述输出孔相配合的线头进入孔；所述输出拉线从所述输出孔输出进入所述线头进入孔。

进一步优选的，所述输出孔和线头进入孔均为圆形孔，圆形孔的面积大于穿过它的所有输出拉线的截面积之和。

进一步优选的，所述拉线式位移传感器上的输出孔位于同一平面；所述线头集结器上的线头进入孔位于同一平面。

优选的，每个拉线式位移传感器输出的输出拉线的根数与拉线式位移传感器的个数相同；每个拉线式位移传感器通过输出拉线分别与每个线头集结器独立连接。每个拉线式位移传感器与每个线头集结器间都有一根输出拉线。

进一步优选的，拉线式位移传感器内设置有与输出拉线相配合的伸出量检测单元和自动拉紧装置。

拉线式位移传感器的工作原理：拉绳式传感器的功能是把机械运动转换成可以计量、记录或传送的电信号。拉线式位移传感器由可拉伸的不锈钢绳绕在一个有螺纹的轮毂上，此轮毂与一个精密旋转感应器连接在一起，感应器可以是增量编码器、绝对值编码器、混合或导电塑料旋转电位计、同步器或解析器。

操作上，拉绳式位移传感器安装在固定位置上，拉绳缚在移动物体上。拉绳直线运动和移动物体运动轴线对准。运动发生时，拉绳伸展和收缩。一个内部弹簧保证拉绳的张紧度不变。带螺纹的轮毂带动精密旋转感应器旋转，输出一个与拉绳移动距离成比例的电信号。测量输出信号可以得出运动物体的位移、方向或速率。

所述伸出量检测单元可以被认为是上述提到的“精密旋转感应器”。所述自动张紧装置可以认为是上文提到的“内部弹簧”。这里的弹簧不仅可以使拉绳的张紧度不变，还可以使拉绳伸出末端松开后拉绳回卷入拉线式位移传感器内。

进一步优选的，拉线式位移传感器内设置有与每根输出拉线相对应的伸出量检测单元和自动拉紧装置。传统的拉线式位移传感器只有一根输出拉线，只配备有一个检测单元，用于检测这一根拉线的伸出量；而本发明所述的拉线式位移传感器至少有三根拉线，每根拉线都需配一个独立的检测单元。

优选的，多个拉线式位移传感器围成多边形。

优选的，所述输出拉线的线头固定设置在线头集结器的线头固定器上。

线头固定器是将拉绳伸出末端固定的结构，可以是压线螺钉，也可以是栓线孔。

一种利用上述装置进行相对全位姿检测的方法，包括步骤如下：

1)分别测量输出孔两两之间的距离和线头进入孔两两之间的距离；

2)通过拉线式位移传感器测量所述输出孔到所述线头进入孔的距离；

3)将传感器固定板和线头集结器固定板分别固定安装在待检测的两物体上，检测两物体的相对位姿变化。

优选的，检测两物体的相对位姿变化的具体方法如下：分别在多个拉线式位移传感器和多个线头集结器所在平面建立直角坐标系xyz和x'y'z'，此时，直角坐标系xyz和x'y'z'的各个坐标轴和原点的关系代表两物体的初始位置和初始姿态关系；每个拉线式位移传感器和每个线头集结器之间的距离已知，当两物体发生位置和姿态变化时，坐标系xyz和x'y'z'相对位姿发生变化，通过检测拉线式位移传感器的拉线伸出量确定每个拉线式位移传感器和每个线头集结器之间的最新长度，通过求解直角坐标系xyz和x'y'z'各坐标轴及原点的关系，获得两物体此时的位姿关系。

本发明的有益效果为：

本发明所述相对全位姿检测装置，借助拉线式位移传感器，通过检测不同平面多点间的距离变化，反推物体相对位姿变化；结构及检测原理简单，检测精度高，实现简单，具有广泛的推广价值。

附图说明

图1为本发明所述相对全位姿检测装置的结构示意图；

图2为实施例13中检测两点距离的示意图；

图3为实施例13中通过四个点检测两物体位资的示意图；

图4为实施例13中利用普通方法检测两个六面物体位资的示意图；

图5为实施例13利用本发明所述方法检测两个物体位资的示意图；

其中，1、传感器固定板；2、拉线式位移传感器；2-1、输出孔；2-2、输出拉线；3、线头集结器固定板；4、线头集结器；4-1、线头进入孔。

具体实施方式

下面结合实施例和说明书附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1

如图1所示。

一种相对全位姿检测装置，包括传感器固定板1和线头集结器固定板3；传感器固定板1上设置有多个拉线式位移传感器2，线头集结器固定板3上设置有与拉线式位移传感器2相配合的线头集结器4；拉线式位移传感器2与线头集结器4之间设置有输出拉线2-2。

实施例2

如实施例1所述的相对全位姿检测装置，所不同的是，所述拉线式位移传感器2的个数为3个；3个拉线式位移传感器2设置在传感器固定板1的同一侧。

实施例3

如实施例1所述的相对全位姿检测装置，所不同的是，线头集结器4与拉线式位移传感器2个数相同。

实施例4

如实施例1所述的相对全位姿检测装置，所不同的是，拉线式位移传感器2上设置有输出孔2-1；线头集结器4上设置有与所述输出孔2-1相配合的线头进入孔4-1；所述输出拉线2-2从所述输出孔2-1输出进入所述线头进入孔4-1。

实施例5

如实施例1所述的相对全位姿检测装置，所不同的是，每个拉线式位移传感器2输出的输出拉线2-2的根数与拉线式位移传感器2的个数相同；每个拉线式位移传感器2通过输出拉线2-2分别与每个线头集结器4独立连接。

实施例6

如实施例5所述的相对全位姿检测装置，所不同的是，拉线式位移传感器2内设置有与输出拉线2-2相配合的绝对值编码器和内部弹簧。

实施例7

如实施例6所述的相对全位姿检测装置，所不同的是，拉线式位移传感器2内设置有与每根输出拉线2-2相对应的绝对值编码器和内部弹簧。传统的拉线式位移传感器只有一根输出拉线，只配备有一个检测单元，用于检测这一根拉线的伸出量；而本发明所述的拉线式位移传感器至少有三根拉线，每根拉线都需配一个独立的检测单元。

实施例8

如实施例4所述的相对全位姿检测装置，所不同的是，所述输出孔2-1和线头进入孔4-1均为圆形孔，圆形孔的面积大于穿过它的所有输出拉线2-2的截面积之和。

实施例9

如实施例4所述的相对全位姿检测装置，所不同的是，所述拉线式位移传感器2上的输出孔2-1位于同一平面；所述线头集结器4上的线头进入孔4-1位于同一平面。

实施例10

如实施例1所述的相对全位姿检测装置，所不同的是，多个拉线式位移传感器2围成三角形。

实施例11

如实施例1所述的相对全位姿检测装置，所不同的是，所述输出拉线2-2的线头固定设置在线头集结器4的线头固定器上。所述线头固定器为压线螺钉。

实施例12

一种利用实施例1-11所述装置进行相对全位姿检测的方法，包括步骤如下：

1)分别测量输出孔2-1两两之间的距离和线头进入孔4-1两两之间的距离；

2)通过拉线式位移传感器2测量所述输出孔2-1到所述线头进入孔4-1的距离；

3)将传感器固定板1和线头集结器固定板3分别固定安装在待检测的两物体上，检测两物体的相对位姿变化。

实施例13

如利用实施例12所述的相对全位姿检测的方法，检测两物体的相对位姿变化的具体方法如下：如图5所示，假设A₁、A₂、A₃点分别代表三个拉线式位移传感器2，B₁、B₂、B₃代表三个线头集结器4，A₁、A₂、A₃固定于一物体上且呈三角形布置，B₁、B₂、B₃固定于另一物体上且呈三角形布置，分别在拉线式位移传感器2和线头集结器4所在平面建立直角坐标系xyz和x'y'z'，此时，直角坐标系xyz和x'y'z'的各个坐标轴和原点的关系代表两物体的初始位置和初始姿态关系；A₁A₂、A₁A₃、A₂A3、B1B2、B₁B₃、B₂B₃长度已知，当两物体发生位置和姿态变化时，即坐标系xyz和x'y'z'相对位姿发生变化，我们通过检测拉线式位移传感器2的拉线伸出量确定A₁B₁、A₁B₂、A₁B₃、A₂B₁、A₂B₂、A₂B₃、A₃B₁、A₃B₂、A₃B₃的长度，经过求解直角坐标系xyz和x'y'z'各轴及原点的关系，获得两物体此时的位姿关系。

如图2所示，假设A点代表拉线式位移传感器，B代表线头集结器，分别将A、B固定在两物体上，我们只能通过检测拉线式位移传感器的拉线伸出量确定A、B的距离，无法确定两物体的位姿。

如图3所示，假设A₁、A₂点分别代表双出头拉线式位移传感器，B₁、B₂代表线头集结器，A₁、A₂固定于一物体上，B₁、B₂固定于另一物体上，A₁A₂、B₁B₂长度已知，我们通过检测拉线式位移传感器的拉线伸出量确定A₁B₁、A₂B₁、A₁B₂、A₂B₂的长度，来判别两物体的部分位姿关系。但如果出现图4的情况，利用图3所示的检测方法就无法检测出两物体此时的位姿变化。图4中，两六面体分别代表一物体，当B₁、B₂所位于的物体围绕B₁B₂做旋转运动时，A₁B₁、A₂B₁、A₁B₂、A₂B₂的长度仍然不变，因此，一物体设置两双出头拉线式位移传感器的方法，无法实现全位姿的检测。

利用本发明所述检测方法，即使出现图4所示的位姿变化也能检测出来。因此，该方法可以实现两物体的全位姿检测。该方法所采用的基本原理是，三个不在同一直线上的三点可以确定一个平面。

当物体上布置的拉线式位移传感器2和线头集结器4的个数多于3个，构成多边形时，由于此多边形的每三个点构成一个三角形，既然拉线式位移传感器2和线头集结器4三角形布置可以实现全位姿检测，拉线式位移传感器2和线头集结器4的这种多边形布置自然也可实现全位姿检测，因此，本发明的所涉及的一种相对全位姿检测装置的拉线式位移传感器2和线头集结器4个数不仅限于3个。