一种手套式关节臂坐标测量机及其测量方法与流程

本发明属于测量技术领域，涉及关节臂坐标测量机，具体涉及一种测量端类似于人类手掌的关节臂坐标测量机及其测量方法。

背景技术：

在很多技术领域中都存在对物体表面点的高精度位置测量和物体几何尺寸的高精度测量的需求。特别是对于生产制造行业，产品的测量和质量控制非常重要。

关于这些领域，存在很多应用于这些情况而形成的测量装置，这些测量装置通常称为坐标测量机(cmm)。其中关节臂坐标测量机是一种多自由度非正交坐标测量仪器，通常具有6个自由度。它与传统的正交坐标系式三坐标测量机相比，具有空间串联结构，因而有自由度大、测量空间开阔、操作相对灵活方便以及适合现场测量等特点。

然而，现有的安装触发式测头的关节臂坐标测量机一次性仅仅只能测量一个点，即使是很简单的几何物体，想要测量出它的几何尺寸也必须分很多次进行测量，费时费力，效率较低。不仅如此，现有的关节臂坐标测量机虽然是仿照人的手臂设计出来的，但是在使用时操作起来并不是十分方便，需要操作者双手扶着关节臂找到合适的位置后再进行数据的记录，这也导致关节臂坐标测量机测量时花费时间增多，测量效率降低。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种测头类似于人手的关节臂坐标测量机及其测量方法，该测头可以像手套一样穿戴在手上，从而解决现有关节臂坐标测量机一次性仅仅只能测量一个坐标点，且操作不方便的问题。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是：

本发明一种手套式关节臂坐标测量机，包括基座、第一关节、第二关节、第三关节、第四关节、第一关节臂、第二关节臂、第三关节臂和测头；第一关节臂与基座通过第一关节连接，第一关节的转轴竖直设置；第二关节臂的后端与第一关节臂的前端通过第二关节连接，第二关节臂的前端与第三关节臂的后端通过第三关节连接，第二关节和第三关节的转轴水平且平行设置；所述的第一关节、第二关节和第三关节内部均设有测量关节转角的角度编码器。

所述的测头包括手掌套和五根手指套；手掌套后部固定连接杆，连接杆与第三关节臂的前端通过第四关节连接；第四关节为球面铰链式关节，内置运动方位测量装置；五根手指套中顺序排布的四根手指套均包括三根套杆，另一根手指套包括两根套杆；同一根手指套上相邻两根套杆通过手指中间关节连接；每根手指套位于根部的套杆均与手掌套前部通过手指根部关节连接；同一根手指套上的所有套杆内部连通，且位于根部的套杆与手掌套内部连通；手掌套朝内的那侧外壁为平面，手指中间关节和手指根部关节的转轴均平行于手掌套朝内那侧外壁所在平面，且手指中间关节和手指根部关节的转轴均与套杆杆长方向垂直；五根手指套上的手指根部关节沿弧线排布；手指中间关节和手指根部关节内部均设有用来测量关节转角的角度编码器。手掌套朝内那侧外壁设有第一阵列式压力传感器，第一阵列式压力传感器中各行及各列均包括多个压力传感器触头；手指套上位于第一阵列式压力传感器的同一侧设有第二阵列式压力传感器，第二阵列式压力传感器中各行及各列均包括多个压力传感器触头；各个压力传感器触头编有不同编号。第四关节内的运动方位测量装置和所有角度编码器将转角信号传入信号采集系统，所有压力传感器触头将压力信号传入信号采集系统。

所述的第一阵列式压力传感器中各行及各列压力传感器触头个数相等，均为10～12个。

所述的第二阵列式压力传感器中各行压力传感器触头个数相等，均为2～4个；第二阵列式压力传感器中各列压力传感器触头个数相等，均为15～20个；手指中间关节或手指根部关节的转轴轴向为第二阵列式压力传感器的行所在方向。

该手套式关节臂坐标测量机的测量方法具体如下：

步骤一、将基座固定在物体周围，使物体处于测量区域内，人手套入手掌套和五根手指套。

步骤二、人手带动手掌套和五根手指套触摸物体，手掌套和五根手指套上与物体接触的各压力传感器触头将压力信号传给信号采集系统，信号采集系统识别接触到物体的压力传感器触头编号，计算机根据信号采集系统传来的接触到物体的压力传感器触头编号、各角度编码器和第四关节内的运动方位测量装置传来的转角信号、基座原点以及初始设计的第一关节臂、第二关节臂和第三关节臂长度、各压力传感器触头编号对应的压力传感器触头在手掌套或手指套上的位置，计算出与物体接触的各压力传感器触头在原点坐标系中的空间坐标，进而计算出物体的几何尺寸。

步骤三、重复步骤二，直到测得物体所有需要测量的几何尺寸。

本发明的有益效果是：

1、本发明可以同时测量空间多个点的坐标，与现有的关节臂坐标测量机相比，测量时间大大缩短，提高了测量的效率。

2、本发明的测头部分类似于人手且可穿戴，使得关节臂坐标测量机可以根据操作者的手臂自由活动，操作简单方便且只需要单手操作。

3、本发明根据接触到物体的压力传感器触头编号、各角度编码器和第四关节内运动方位测量装置传来的转角信号、基座原点以及初始设计的第一关节臂、第二关节臂和第三关节臂长度、各压力传感器触头编号对应的压力传感器触头在手掌套或手指套上的位置，计算出测量点在原点坐标系中的空间坐标，进而计算出物体的几何尺寸，保证测量的准确性。

附图说明

图1是手套式关节臂坐标测量机结构示意图。

图2是手套式关节臂坐标测量机测头部分结构示意图。

图中：1-基座，2-第一关节臂，3-第二关节，4-第二关节臂，5-第三关节，6-第三关节臂，7-第四关节，8-测头，9-第一关节。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1所示，一种手套式关节臂坐标测量机，包括基座1、第一关节9、第二关节3、第三关节5、第四关节7、第一关节臂2、第二关节臂4、第三关节臂6和测头8。第一关节臂2与基座1通过第一关节9连接，第一关节9的转轴竖直设置；第二关节臂4的后端与第一关节臂2的前端通过第二关节3连接，第二关节臂4的前端与第三关节臂6的后端通过第三关节5连接，第二关节3和第三关节5的转轴水平且平行设置；第一关节9、第二关节3和第三关节5内部均设有用来测量关节转动角度的角度编码器。

如图2所示，测头8包括手掌套和五根手指套；手掌套后部固定连接杆，连接杆与第三关节臂6的前端通过第四关节7连接；第四关节7为球面铰链式关节，内置运动方位测量装置，运动方位测量装置采用现有技术，如专利号为201420387364.5的技术；五根手指套中顺序排布的四根手指套均包括三根套杆，另一根手指套包括两根套杆；同一根手指套上相邻两根套杆通过手指中间关节连接；每根手指套位于根部的套杆均与手掌套前部通过手指根部关节连接；同一根手指套上的所有套杆内部连通，且位于根部的套杆与手掌套内部连通；手掌套朝内的那侧外壁为平面，手指中间关节和手指根部关节的转轴均平行于手掌套朝内那侧外壁所在平面，且手指中间关节和手指根部关节的转轴均与套杆杆长方向垂直；五根手指套上的手指根部关节沿弧线排布；手指中间关节和手指根部关节内部均设有用来测量关节转动角度的角度编码器。手掌套朝内那侧外壁设有第一阵列式压力传感器，第一阵列式压力传感器中各行及各列压力传感器触头个数相等，均为10～12个；手指套上位于第一阵列式压力传感器的同一侧设有第二阵列式压力传感器，第二阵列式压力传感器中各行压力传感器触头个数相等，均为2～4个；第二阵列式压力传感器中各列压力传感器触头个数相等，均为15～20个；手指中间关节或手指根部关节的转轴轴向为第二阵列式压力传感器的行所在方向；各个压力传感器触头编有不同编号。第四关节7内的运动方位测量装置和所有角度编码器将转角信号传入信号采集系统，所有压力传感器触头将压力信号传入信号采集系统。

该手套式关节臂坐标测量机的测量方法具体如下：

步骤一、将基座1固定在物体周围，使物体处于测量区域内，人手套入手掌套和五根手指套。

步骤二、人手带动手掌套和五根手指套触摸物体，手掌套和五根手指套上与物体接触的各压力传感器触头将压力信号传给信号采集系统，信号采集系统识别接触到物体的压力传感器触头编号，计算机根据信号采集系统传来的接触到物体的压力传感器触头编号、各角度编码器和第四关节7内的运动方位测量装置传来的转角信号、基座原点以及初始设计的第一关节臂2、第二关节臂4和第三关节臂6长度、各压力传感器触头编号对应的压力传感器触头在手掌套或手指套上的位置，计算出与物体接触的各压力传感器触头在原点坐标系中的空间坐标，进而计算出物体的几何尺寸。

步骤三、重复步骤二，直到测得物体所有需要测量的几何尺寸。

本发明依据仿生学原理设计而成，结构和人的手掌相似。当操作者的手指弯曲或伸直时，测头上的手指套也随着操作者作相同的运动。当操作者的手臂在空间移动时，关节臂也随之运动，使测头与操作者的手掌保持一致。