本發(fā)明涉及一種相對(duì)全位姿檢測(cè)裝置及其應(yīng)用，屬于相對(duì)全位姿檢測(cè)的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

相對(duì)位姿檢測(cè)技術(shù)是指，通過相對(duì)位姿的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)確定兩獨(dú)立物體間的相對(duì)位置關(guān)系及相對(duì)姿態(tài)變化，以實(shí)現(xiàn)對(duì)物體未來位姿的控制。目前，位姿檢測(cè)多用于機(jī)械手或機(jī)器人領(lǐng)域，多數(shù)是通過角度傳感器、位移傳感器判斷具有關(guān)聯(lián)性質(zhì)物體各組成元件的相對(duì)位姿，也有一部分是借助激光、紅外線、電磁式傳感器通過判斷兩物體相對(duì)距離實(shí)現(xiàn)局部位姿信息監(jiān)測(cè)。

例如，中國(guó)專利CN105444687A公開了一種基于對(duì)視攝像測(cè)量和激光測(cè)距的相對(duì)位姿變化測(cè)量方法。該裝置利用攝像測(cè)量和激光測(cè)距技術(shù)高精度、簡(jiǎn)單快速的優(yōu)點(diǎn)，測(cè)量?jī)蓚€(gè)剛體之間的相對(duì)位姿變化。

上述通過角度、位移傳感器或者激光、紅外線、電磁式傳感器的檢測(cè)方法，實(shí)施成本一般較高，且很難實(shí)現(xiàn)兩物體的全位姿檢測(cè)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種相對(duì)全位姿檢測(cè)裝置。

本發(fā)明還提供一種利用上述裝置進(jìn)行相對(duì)全位姿檢測(cè)的方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種相對(duì)全位姿檢測(cè)裝置，包括傳感器固定板和線頭集結(jié)器固定板；傳感器固定板上設(shè)置有多個(gè)拉線式位移傳感器，線頭集結(jié)器固定板上設(shè)置有與拉線式位移傳感器相配合的線頭集結(jié)器；拉線式位移傳感器與線頭集結(jié)器之間設(shè)置有輸出拉線。

優(yōu)選的，所述拉線式位移傳感器的個(gè)數(shù)至少為3個(gè)；多個(gè)拉線式位移傳感器設(shè)置在傳感器固定板的同一側(cè)。

優(yōu)選的，線頭集結(jié)器與拉線式位移傳感器個(gè)數(shù)相同。

優(yōu)選的，拉線式位移傳感器上設(shè)置有輸出孔；線頭集結(jié)器上設(shè)置有與所述輸出孔相配合的線頭進(jìn)入孔；所述輸出拉線從所述輸出孔輸出進(jìn)入所述線頭進(jìn)入孔。

進(jìn)一步優(yōu)選的，所述輸出孔和線頭進(jìn)入孔均為圓形孔，圓形孔的面積大于穿過它的所有輸出拉線的截面積之和。

進(jìn)一步優(yōu)選的，所述拉線式位移傳感器上的輸出孔位于同一平面；所述線頭集結(jié)器上的線頭進(jìn)入孔位于同一平面。

優(yōu)選的，每個(gè)拉線式位移傳感器輸出的輸出拉線的根數(shù)與拉線式位移傳感器的個(gè)數(shù)相同；每個(gè)拉線式位移傳感器通過輸出拉線分別與每個(gè)線頭集結(jié)器獨(dú)立連接。每個(gè)拉線式位移傳感器與每個(gè)線頭集結(jié)器間都有一根輸出拉線。

進(jìn)一步優(yōu)選的，拉線式位移傳感器內(nèi)設(shè)置有與輸出拉線相配合的伸出量檢測(cè)單元和自動(dòng)拉緊裝置。

拉線式位移傳感器的工作原理：拉繩式傳感器的功能是把機(jī)械運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成可以計(jì)量、記錄或傳送的電信號(hào)。拉線式位移傳感器由可拉伸的不銹鋼繩繞在一個(gè)有螺紋的輪轂上，此輪轂與一個(gè)精密旋轉(zhuǎn)感應(yīng)器連接在一起，感應(yīng)器可以是增量編碼器、絕對(duì)值編碼器、混合或?qū)щ娝芰闲D(zhuǎn)電位計(jì)、同步器或解析器。

操作上，拉繩式位移傳感器安裝在固定位置上，拉繩縛在移動(dòng)物體上。拉繩直線運(yùn)動(dòng)和移動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)軸線對(duì)準(zhǔn)。運(yùn)動(dòng)發(fā)生時(shí)，拉繩伸展和收縮。一個(gè)內(nèi)部彈簧保證拉繩的張緊度不變。帶螺紋的輪轂帶動(dòng)精密旋轉(zhuǎn)感應(yīng)器旋轉(zhuǎn)，輸出一個(gè)與拉繩移動(dòng)距離成比例的電信號(hào)。測(cè)量輸出信號(hào)可以得出運(yùn)動(dòng)物體的位移、方向或速率。

所述伸出量檢測(cè)單元可以被認(rèn)為是上述提到的“精密旋轉(zhuǎn)感應(yīng)器”。所述自動(dòng)張緊裝置可以認(rèn)為是上文提到的“內(nèi)部彈簧”。這里的彈簧不僅可以使拉繩的張緊度不變，還可以使拉繩伸出末端松開后拉繩回卷入拉線式位移傳感器內(nèi)。

進(jìn)一步優(yōu)選的，拉線式位移傳感器內(nèi)設(shè)置有與每根輸出拉線相對(duì)應(yīng)的伸出量檢測(cè)單元和自動(dòng)拉緊裝置。傳統(tǒng)的拉線式位移傳感器只有一根輸出拉線，只配備有一個(gè)檢測(cè)單元，用于檢測(cè)這一根拉線的伸出量；而本發(fā)明所述的拉線式位移傳感器至少有三根拉線，每根拉線都需配一個(gè)獨(dú)立的檢測(cè)單元。

優(yōu)選的，多個(gè)拉線式位移傳感器圍成多邊形。

優(yōu)選的，所述輸出拉線的線頭固定設(shè)置在線頭集結(jié)器的線頭固定器上。

線頭固定器是將拉繩伸出末端固定的結(jié)構(gòu)，可以是壓線螺釘，也可以是栓線孔。

一種利用上述裝置進(jìn)行相對(duì)全位姿檢測(cè)的方法，包括步驟如下：

1)分別測(cè)量輸出孔兩兩之間的距離和線頭進(jìn)入孔兩兩之間的距離；

2)通過拉線式位移傳感器測(cè)量所述輸出孔到所述線頭進(jìn)入孔的距離；

3)將傳感器固定板和線頭集結(jié)器固定板分別固定安裝在待檢測(cè)的兩物體上，檢測(cè)兩物體的相對(duì)位姿變化。

優(yōu)選的，檢測(cè)兩物體的相對(duì)位姿變化的具體方法如下：分別在多個(gè)拉線式位移傳感器和多個(gè)線頭集結(jié)器所在平面建立直角坐標(biāo)系xyz和x'y'z'，此時(shí)，直角坐標(biāo)系xyz和x'y'z'的各個(gè)坐標(biāo)軸和原點(diǎn)的關(guān)系代表兩物體的初始位置和初始姿態(tài)關(guān)系；每個(gè)拉線式位移傳感器和每個(gè)線頭集結(jié)器之間的距離已知，當(dāng)兩物體發(fā)生位置和姿態(tài)變化時(shí)，坐標(biāo)系xyz和x'y'z'相對(duì)位姿發(fā)生變化，通過檢測(cè)拉線式位移傳感器的拉線伸出量確定每個(gè)拉線式位移傳感器和每個(gè)線頭集結(jié)器之間的最新長(zhǎng)度，通過求解直角坐標(biāo)系xyz和x'y'z'各坐標(biāo)軸及原點(diǎn)的關(guān)系，獲得兩物體此時(shí)的位姿關(guān)系。

本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明所述相對(duì)全位姿檢測(cè)裝置，借助拉線式位移傳感器，通過檢測(cè)不同平面多點(diǎn)間的距離變化，反推物體相對(duì)位姿變化；結(jié)構(gòu)及檢測(cè)原理簡(jiǎn)單，檢測(cè)精度高，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，具有廣泛的推廣價(jià)值。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述相對(duì)全位姿檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為實(shí)施例13中檢測(cè)兩點(diǎn)距離的示意圖；

圖3為實(shí)施例13中通過四個(gè)點(diǎn)檢測(cè)兩物體位資的示意圖；

圖4為實(shí)施例13中利用普通方法檢測(cè)兩個(gè)六面物體位資的示意圖；

圖5為實(shí)施例13利用本發(fā)明所述方法檢測(cè)兩個(gè)物體位資的示意圖；

其中，1、傳感器固定板；2、拉線式位移傳感器；2-1、輸出孔；2-2、輸出拉線；3、線頭集結(jié)器固定板；4、線頭集結(jié)器；4-1、線頭進(jìn)入孔。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例和說明書附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但不限于此。

實(shí)施例1

如圖1所示。

一種相對(duì)全位姿檢測(cè)裝置，包括傳感器固定板1和線頭集結(jié)器固定板3；傳感器固定板1上設(shè)置有多個(gè)拉線式位移傳感器2，線頭集結(jié)器固定板3上設(shè)置有與拉線式位移傳感器2相配合的線頭集結(jié)器4；拉線式位移傳感器2與線頭集結(jié)器4之間設(shè)置有輸出拉線2-2。

實(shí)施例2

如實(shí)施例1所述的相對(duì)全位姿檢測(cè)裝置，所不同的是，所述拉線式位移傳感器2的個(gè)數(shù)為3個(gè)；3個(gè)拉線式位移傳感器2設(shè)置在傳感器固定板1的同一側(cè)。

實(shí)施例3

如實(shí)施例1所述的相對(duì)全位姿檢測(cè)裝置，所不同的是，線頭集結(jié)器4與拉線式位移傳感器2個(gè)數(shù)相同。

實(shí)施例4

如實(shí)施例1所述的相對(duì)全位姿檢測(cè)裝置，所不同的是，拉線式位移傳感器2上設(shè)置有輸出孔2-1；線頭集結(jié)器4上設(shè)置有與所述輸出孔2-1相配合的線頭進(jìn)入孔4-1；所述輸出拉線2-2從所述輸出孔2-1輸出進(jìn)入所述線頭進(jìn)入孔4-1。

實(shí)施例5

如實(shí)施例1所述的相對(duì)全位姿檢測(cè)裝置，所不同的是，每個(gè)拉線式位移傳感器2輸出的輸出拉線2-2的根數(shù)與拉線式位移傳感器2的個(gè)數(shù)相同；每個(gè)拉線式位移傳感器2通過輸出拉線2-2分別與每個(gè)線頭集結(jié)器4獨(dú)立連接。

實(shí)施例6

如實(shí)施例5所述的相對(duì)全位姿檢測(cè)裝置，所不同的是，拉線式位移傳感器2內(nèi)設(shè)置有與輸出拉線2-2相配合的絕對(duì)值編碼器和內(nèi)部彈簧。

實(shí)施例7

如實(shí)施例6所述的相對(duì)全位姿檢測(cè)裝置，所不同的是，拉線式位移傳感器2內(nèi)設(shè)置有與每根輸出拉線2-2相對(duì)應(yīng)的絕對(duì)值編碼器和內(nèi)部彈簧。傳統(tǒng)的拉線式位移傳感器只有一根輸出拉線，只配備有一個(gè)檢測(cè)單元，用于檢測(cè)這一根拉線的伸出量；而本發(fā)明所述的拉線式位移傳感器至少有三根拉線，每根拉線都需配一個(gè)獨(dú)立的檢測(cè)單元。

實(shí)施例8

如實(shí)施例4所述的相對(duì)全位姿檢測(cè)裝置，所不同的是，所述輸出孔2-1和線頭進(jìn)入孔4-1均為圓形孔，圓形孔的面積大于穿過它的所有輸出拉線2-2的截面積之和。

實(shí)施例9

如實(shí)施例4所述的相對(duì)全位姿檢測(cè)裝置，所不同的是，所述拉線式位移傳感器2上的輸出孔2-1位于同一平面；所述線頭集結(jié)器4上的線頭進(jìn)入孔4-1位于同一平面。

實(shí)施例10

如實(shí)施例1所述的相對(duì)全位姿檢測(cè)裝置，所不同的是，多個(gè)拉線式位移傳感器2圍成三角形。

實(shí)施例11

如實(shí)施例1所述的相對(duì)全位姿檢測(cè)裝置，所不同的是，所述輸出拉線2-2的線頭固定設(shè)置在線頭集結(jié)器4的線頭固定器上。所述線頭固定器為壓線螺釘。

實(shí)施例12

一種利用實(shí)施例1-11所述裝置進(jìn)行相對(duì)全位姿檢測(cè)的方法，包括步驟如下：

1)分別測(cè)量輸出孔2-1兩兩之間的距離和線頭進(jìn)入孔4-1兩兩之間的距離；

2)通過拉線式位移傳感器2測(cè)量所述輸出孔2-1到所述線頭進(jìn)入孔4-1的距離；

3)將傳感器固定板1和線頭集結(jié)器固定板3分別固定安裝在待檢測(cè)的兩物體上，檢測(cè)兩物體的相對(duì)位姿變化。

實(shí)施例13

如利用實(shí)施例12所述的相對(duì)全位姿檢測(cè)的方法，檢測(cè)兩物體的相對(duì)位姿變化的具體方法如下：如圖5所示，假設(shè)A₁、A₂、A₃點(diǎn)分別代表三個(gè)拉線式位移傳感器2，B₁、B₂、B₃代表三個(gè)線頭集結(jié)器4，A₁、A₂、A₃固定于一物體上且呈三角形布置，B₁、B₂、B₃固定于另一物體上且呈三角形布置，分別在拉線式位移傳感器2和線頭集結(jié)器4所在平面建立直角坐標(biāo)系xyz和x'y'z'，此時(shí)，直角坐標(biāo)系xyz和x'y'z'的各個(gè)坐標(biāo)軸和原點(diǎn)的關(guān)系代表兩物體的初始位置和初始姿態(tài)關(guān)系；A₁A₂、A₁A₃、A₂A3、B1B2、B₁B₃、B₂B₃長(zhǎng)度已知，當(dāng)兩物體發(fā)生位置和姿態(tài)變化時(shí)，即坐標(biāo)系xyz和x'y'z'相對(duì)位姿發(fā)生變化，我們通過檢測(cè)拉線式位移傳感器2的拉線伸出量確定A₁B₁、A₁B₂、A₁B₃、A₂B₁、A₂B₂、A₂B₃、A₃B₁、A₃B₂、A₃B₃的長(zhǎng)度，經(jīng)過求解直角坐標(biāo)系xyz和x'y'z'各軸及原點(diǎn)的關(guān)系，獲得兩物體此時(shí)的位姿關(guān)系。

如圖2所示，假設(shè)A點(diǎn)代表拉線式位移傳感器，B代表線頭集結(jié)器，分別將A、B固定在兩物體上，我們只能通過檢測(cè)拉線式位移傳感器的拉線伸出量確定A、B的距離，無法確定兩物體的位姿。

如圖3所示，假設(shè)A₁、A₂點(diǎn)分別代表雙出頭拉線式位移傳感器，B₁、B₂代表線頭集結(jié)器，A₁、A₂固定于一物體上，B₁、B₂固定于另一物體上，A₁A₂、B₁B₂長(zhǎng)度已知，我們通過檢測(cè)拉線式位移傳感器的拉線伸出量確定A₁B₁、A₂B₁、A₁B₂、A₂B₂的長(zhǎng)度，來判別兩物體的部分位姿關(guān)系。但如果出現(xiàn)圖4的情況，利用圖3所示的檢測(cè)方法就無法檢測(cè)出兩物體此時(shí)的位姿變化。圖4中，兩六面體分別代表一物體，當(dāng)B₁、B₂所位于的物體圍繞B₁B₂做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，A₁B₁、A₂B₁、A₁B₂、A₂B₂的長(zhǎng)度仍然不變，因此，一物體設(shè)置兩雙出頭拉線式位移傳感器的方法，無法實(shí)現(xiàn)全位姿的檢測(cè)。

利用本發(fā)明所述檢測(cè)方法，即使出現(xiàn)圖4所示的位姿變化也能檢測(cè)出來。因此，該方法可以實(shí)現(xiàn)兩物體的全位姿檢測(cè)。該方法所采用的基本原理是，三個(gè)不在同一直線上的三點(diǎn)可以確定一個(gè)平面。

當(dāng)物體上布置的拉線式位移傳感器2和線頭集結(jié)器4的個(gè)數(shù)多于3個(gè)，構(gòu)成多邊形時(shí)，由于此多邊形的每三個(gè)點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)三角形，既然拉線式位移傳感器2和線頭集結(jié)器4三角形布置可以實(shí)現(xiàn)全位姿檢測(cè)，拉線式位移傳感器2和線頭集結(jié)器4的這種多邊形布置自然也可實(shí)現(xiàn)全位姿檢測(cè)，因此，本發(fā)明的所涉及的一種相對(duì)全位姿檢測(cè)裝置的拉線式位移傳感器2和線頭集結(jié)器4個(gè)數(shù)不僅限于3個(gè)。