一种基于编码器的空间坐标测量体系装置及方法与流程

本发明涉及汽车整车试验，具体而言，涉及一种基于编码器的空间坐标测量体系装置及方法。

背景技术：

1、为了测量汽车整车空间内某点的相对位置，或者测量整车空间内某两点之间的相对位置关系。目前一般采用的方式有视觉标记识别三维测量技术，静态三维坐标测量仪，通过其他特殊定制机构间接测量。

2、传统测量空间某点的三维相对坐标需要的操作步骤极其繁琐，且由于汽车空间范围内，机构布置比较紧凑。很难在汽车空间内布置传感器装置。如果想测量汽车上某些零件间的相对位置变化，目前均为使用专用定制机构或者仪器进行，体积大且价格昂贵。安装测量也不方便。

3、但是，现有的空间点的坐标测量，一般采用各类位移传感器配合特定的机构实现。市场上较少有直接测量空间位置的装置。

技术实现思路

1、为了弥补以上不足，本发明提供了一种基于编码器的空间坐标测量体系装置及方法，用于解决上述提出的现一般采用各类位移传感器配合特定的机构实现。市场上较少有直接测量空间位置的装置，专用定制机构或者仪器进行，体积大且价格昂贵。安装测量也不方便等问题。

2、本发明是这样实现的：

3、一种基于编码器的空间坐标测量体系装置，包括有底座，所述底座的内部安装有支撑板，所述支撑板的下部固定安装有伺服电机，所述伺服电机的输出轴连接有轴杆，所述轴杆的顶端固定连接有转动板，所述转动板的两侧分别焊接有侧板，两侧所述侧板的内侧均安装有转轴，两侧所述转轴之间连接有出线转轮，两侧所述转轴的外侧分别连接有拉线长度检测仪和拉线角度检测仪，所述拉线长度检测仪和所述拉线角度检测仪分别固定安装在两侧所述侧板的外侧；

4、所述转动板上固定安装有伸缩拉线盒，所述伸缩拉线盒的上端固定安装有出线管，所述伸缩拉线盒、所述出线管和所述出线转轮上依次连接有伸缩拉线。

5、本发明的一种实施例中，所述底座的上端固定安装有安装板和所述转动板，所述轴杆贯穿所述安装板与所述伺服电机的输出轴固定连接，所述轴杆的顶端螺纹连接有锁紧螺母，所述锁紧螺母处于所述转动板的上表面。

6、本发明的一种实施例中，所述支撑板的中心处安装有轴承，所述伺服电机的输出轴连接在所述轴承的内部。

7、本发明的一种实施例中，两侧所述转轴上活动连接有限位板，两侧所述转轴上活动连接有出现角度测量支架，两侧所述角度测量支架的端部之间固定安装有角度测量板。

8、本发明的一种实施例中，所述伸缩拉线处于所述限位板的内侧，所述伸缩拉线贯穿所述角度测量板，所述出线转轮处于所述限位板和所述角度测量支架的内侧。

9、本发明的一种实施例中，所述出线转轮采用的是凹陷转轮，所述所述伸缩拉线盒设置在所述出线转轮的一侧，所述出线管的竖直垂线是所述出线转轮的内陷处切线。

10、本发明的一种实施例中，所述空间坐标测量体系装置的测量原理：

11、已知三个旋转编码器的测量角度和滑轮半径，解得出线末端c点的xyz坐标；

12、具体如下所示：

13、α为水平旋转角，β为出线角度，γ为出线转轮旋转角度，l1为角度测量板导致的出现长度，l2为拉伸导致的出线长度；

14、则ab=l1，bc=l2，o’a=r，且r为出线转轮的半径；

15、α、β、γ为已知量，

16、x=oe={[r/tanβ+(γ-β)*r]*cosβ-r/sinβ}*cosα

17、y=og={[r/tanβ+(γ-β)*r]*cosβ-r/sinβ}*sinα

18、z=cd={[r/tanβ+(γ-β)*r]*cosβ。

19、一种基于编码器的空间坐标测量体系装置的使用方法，包括有以下步骤：

20、s1、动态测量三维空间向量坐标（x，y，z）+水平面朝向α，竖直面朝向β，向量长度l；

21、s2、三维位移测量尺实现对空间某点直接测量；

22、s3、空间连续多点的拼接测量，增加非接触式角度矫正后，实现多个传感器串联测量空间坐标；

23、s4、三维空间内，多点空间坐标实时采集系统，即车体扭转刚性实验，横曲刚性实验类的准静态空间位移，底盘动态位移如扭力梁行程、减震器行程、发动机动态位移，布置多个传感器时，基本实现空间立体物体的实体模型状态测量。

24、本发明的一种实施例中，所述s2中的空间某点测量包括有单传感器测量，即仅提供编码器、线位移计的信号输出，并且获取水平面朝向α，竖直面朝向β，向量长度l；

25、包括有单传感器+信号处理输出，实现矫正输出空间向量坐标（x，y，z），水平面朝向α，竖直面朝向β，向量长度l，以及实现增加信号处理，即增加实时计算，并具备analogout、can out；

26、包括有多个单传感器+信号处理输出空间向量坐标（x，y，z），水平面朝向α，竖直面朝向β，向量长度l，组合信号处理，即串联型终端坐标输出，并联型实体坐标输出xyz&rollpitch yaw；

27、增加多传感器信号集成处理终端，实现特定的组合测量功能。

28、本发明的一种实施例中，所述多个单传感器包括有以下测量：

29、由于知道传感器1和传感器2的相对位置，此时两个传感器分别测量杆件两个端点的空间坐标，即可直接得到杆件在固定坐标系下的三维空间运动情况；

30、传感器间相对位置可直接设计固定坐标的支架直接作为输入，由于传感器测量空间点的相对位置，所以传感器之间的位置也可由传感器直接测量作为输入，扩展使用更加灵活方便，多传感器通过串联的方式，测量特殊空间内的相对坐标，测量直接拉线测量不到的位置；

31、由于知道传感器1/2/3的相对位置，三个传感器分别测量三维空间内实体的非关联3个点，此时换算测得实体围绕任意点的六自由度数据（x，y，z，α，β，γ）。

32、本发明的有益效果是：

33、本发明在使用的时候，利用出线转轮，配合拉线长度检测仪和拉线角度检测仪，即可实现空间三维坐标的实时测量，以及伸缩拉线盒及其伸缩拉线实现直接测量空间位置，且通过伺服电机实现对转动板进行转动，便于调节出线角度，以及结构紧凑，体积小且易于加工制造的高精度空间位置装置，并且通过三个旋转编码器的测量角度和滑轮半径，可以解得出线末端c点的xyz坐标，便于进行计算处理，精准的得出c点的坐标，操作方便，便于进行使用。

技术特征：

1.一种基于编码器的空间坐标测量体系装置，其特征在于，包括有底座（1），所述底座（1）的内部安装有支撑板（2），所述支撑板（2）的下部固定安装有伺服电机（3），所述伺服电机（3）的输出轴连接有轴杆（4），所述轴杆（4）的顶端固定连接有转动板（5），所述转动板（5）的两侧分别焊接有侧板（6），两侧所述侧板（6）的内侧均安装有转轴（10），两侧所述转轴（10）之间连接有出线转轮（12），两侧所述转轴（10）的外侧分别连接有拉线长度检测仪（8）和拉线角度检测仪（9），所述拉线长度检测仪（8）和所述拉线角度检测仪（9）分别固定安装在两侧所述侧板（6）的外侧；

2.根据权利要求1所述的一种基于编码器的空间坐标测量体系装置，其特征在于，所述底座（1）的上端固定安装有安装板（16）和所述转动板（5），所述轴杆（4）贯穿所述安装板（16）与所述伺服电机（3）的输出轴固定连接，所述轴杆（4）的顶端螺纹连接有锁紧螺母（19），所述锁紧螺母（19）处于所述转动板（5）的上表面。

3.根据权利要求2所述的一种基于编码器的空间坐标测量体系装置，其特征在于，所述支撑板（2）的中心处安装有轴承（17），所述伺服电机（3）的输出轴连接在所述轴承（17）的内部。

4.根据权利要求1所述的一种基于编码器的空间坐标测量体系装置，其特征在于，两侧所述转轴（10）上活动连接有限位板（11），两侧所述转轴（10）上活动连接有出现角度测量支架（13），两侧所述角度测量支架（13）的端部之间固定安装有角度测量板（14）。

5.根据权利要求4所述的一种基于编码器的空间坐标测量体系装置，其特征在于，所述伸缩拉线（15）处于所述限位板（11）的内侧，所述伸缩拉线（15）贯穿所述角度测量板（14），所述出线转轮（12）处于所述限位板（11）和所述角度测量支架（13）的内侧。

6.根据权利要求1所述的一种基于编码器的空间坐标测量体系装置，其特征在于，所述出线转轮（12）采用的是凹陷转轮，所述所述伸缩拉线盒（7）设置在所述出线转轮（12）的一侧，所述出线管（18）的竖直垂线是所述出线转轮（12）的内陷处切线。

7.根据权利要求4所述的一种基于编码器的空间坐标测量体系装置，其特征在于，所述空间坐标测量体系装置的测量原理：

8.一种基于编码器的空间坐标测量体系装置的使用方法，其特征在于，包括有以下步骤：

9.根据权利要求8所述的一种基于编码器的空间坐标测量体系装置的使用方法，其特征在于，所述s2中的空间某点测量包括有单传感器测量，即仅提供编码器、线位移计的信号输出，并且获取水平面朝向α，竖直面朝向β，向量长度l；

10.根据权利要求9所述的一种基于编码器的空间坐标测量体系装置的使用方法，其特征在于，所述多个单传感器包括有以下测量：

技术总结
本发明提供了一种基于编码器的空间坐标测量体系装置，包括有底座，所述底座的内部安装有支撑板，所述支撑板的下部安装有伺服电机，所述伺服电机的输出轴连接有转动板，所述转动板的两侧分别焊接有侧板，两侧所述侧板的内侧均安装有转轴，两侧所述转轴之间连接有出线转轮，两侧所述转轴的外侧分别连接有拉线长度检测仪和拉线角度检测仪，所述拉线长度检测仪和所述拉线角度检测仪分别固定安装在两侧所述侧板的外侧；所述转动板上安装有伸缩拉线盒，所述伸缩拉线盒的上端安装有出线管，本发明利用出线转轮，配合拉线长度检测仪和拉线角度检测仪，实现空间三维坐标的实时测量，以及结构紧凑，体积小，操作方便，便于进行使用。

技术研发人员：杨兴发,周景宇,许柏泉,喻尧鑫
受保护的技术使用者：湖南速工自测系统开发有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15