位姿测量系统的制作方法

1.本发明涉及一种位姿测量系统。


背景技术：

2.激光跟踪仪是一种大尺寸绝对距离测量仪器，广泛应用于海工装备、飞机制造、轨道交通及高精度机器人测量等领域。在大型零部件装配中，由于部件尺寸大，产线上的装配机器人行程大，激光跟踪仪的测量距离远，现有的激光跟踪仪对待测目标的位姿测量难度较大且测量精准度难以得到保证。因此，在大型零部件装配中如何提高激光跟踪仪对装配机器人的测量精度，成为了当前急需解决的技术问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种位姿测量系统，用于提升激光跟踪仪的测量精度以满足机器人高精度位姿测量校准需求。
4.本发明实施例的一个方面提供了一种位姿测量系统，包括：导轨，所述导轨上方设有凸台，所述凸台设有沿导轨方向延伸的安装槽；直线电机，位于所述安装槽内；工作台，设置在所述凸台上，并受所述直线电机驱动沿所述导轨移动；测量镜，固定在所述工作台的工作平台上；及测量组件，位于所述导轨的一端，用于配合所述测量镜检测所述工作台的位姿。
5.可选的，所述导轨，由多个单段导轨拼接而成；相应的，所述位姿测量系统还包括多个支撑块，每个支撑块位于相应单段导轨的端部，用于支撑相应单段导轨，其中，相邻单段导轨的拼接处共用一个支撑块。
6.可选的，每个支撑块的底部还设有多个支撑垫；其中，各个支撑垫与相应支撑块固定连接，用于避免各个支撑块与地面接触。
7.可选的，所述测量组件包括：测量台，固定在目标支撑块上，所述目标支撑块为所述多个支撑块中的一个边缘支撑块；测量仪，位于所述测量台的平台上，用于检测所述工作台的位姿。
8.可选的，所述测量仪包括：激光器，固定在所述测量台的平台上，用于提供激光光路；多个分光镜，分别分布在所述测量台的平台上的不同位置处，用于将所述激光光路划分为多个激光分路，并接收通过所述测量镜400返回的多个激光反射分路，以根据所述多个激光分路和所述多个激光反射分路检测所述工作台的位姿。
9.可选的，所述直线电机包括：定子组件，沿轨道方向安装在所述安装槽内的底壁上；动子组件，位于所述安装槽内，安装在所述工作台底部，且与所述定子组件相对应；其中，所述动子组件在所述定子组件配合下带动所述工作台沿所述导轨移动。
10.可选的，所述工作平台的两侧各设有一个侧板，所述工作平台与两侧的侧板形成开口向下的凹槽，所述工作台通过所述凹槽扣设在所述凸台上；所述凸台的一侧设有拖链，所述拖链与其中一个侧板连接，用于提升所述工作台在所述凸台上的滑动速度。
11.可选的，还包括限位机构，所述限位机构包括：限位板，位于在所述导轨的两端，用于限定所述工作平台在所述凸台上的活动范围；磁力预载导向条，分别位于在所述凸台的两侧，用于为所述工作台提供预载磁力，以使所述工作台在所述凸台上沿所述导轨方向滑动到预定位置；光栅尺，位于所述凸台的一侧，用于测量工作台在所述凸台上的位移，并配合所述磁力预载导向条定位到所述预定位置。
12.可选的，所述限位板设有多个限位缓冲器；其中，所述多个限位缓冲器用于减轻所述限位板和所述工作台之间的冲击力。
13.可选的，所述工作台的内侧面设有预设粗糙度的第一气模加工面；所述凸台的外表面设有预设粗糙度的第二气膜加工面；所述工作台设有连通所述气膜加工面的气孔，所述气孔用于向所述第一气膜加工面和所述第二气膜加工面之间注入高压气体，以产生针对所述工作台的气浮力；其中，所述气浮力用于平衡所述工作台的重力和所述磁力预载导向条的磁力，并使所述工作台与所述凸台之间保持预设距离，以便所述工作台在所述凸台上滑动。
14.本发明实施例通过设置所述测量组件，并在工作台配置为所述测量镜，以使所述测量镜配合所述测量组件检测所述工作台的位姿，提高了提升激光跟踪仪的测量精度，可以满足当前机器人高精度位姿测量校准需求，解决了现有的激光跟踪仪的位姿测量难度较大的问题。
附图说明
15.图1示意性示出了本实施例的位姿测量系统的整体示意图。
16.图2示意性示出了本实施例的位姿测量系统的局部示意图。
17.图3示意性示出了本实施例的位姿测量系统的局部示意图。
18.图4示意性示出了本实施例的位姿测量系统的局部侧视图。
具体实施方式
19.为了使本发明实施例的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.需要说明的是，在本发明实施例中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
21.以下将通过实施例，对专利保护的位姿测量系统进行示例性描述。
22.如图1
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4所示，在本实施例中，所述位姿测量系统，包括导轨100、工作台200、直线电机300、测量镜400、及测量组件500；其中，所述导轨100上方设有凸台110，所述凸台110设有沿导轨100方向延伸的安装槽111；直线电机300，位于所述安装槽111内；工作台200，滑动
设置在所述凸台110上，并受所述直线电机300驱动沿所述导轨移动100；测量镜400，固定在所述工作台200的工作平台210上；及测量组件500，位于所述导轨100的一端，用于配合所述测量镜400检测所述工作台200的位姿。本实施例通过设置所述测量组件500，并在工作台200配置为所述测量镜400，以使所述测量镜400配合所述测量组件500检测所述工作台200的位姿，提高了位姿的测量精准度，解决了现有的激光跟踪仪的位姿测量难度较大的问题。
23.在示例性的实施例中，所述导轨100，由多个单段导轨拼接而成。其中，每个单段导轨的结构为分体式结构，即，每个单段导轨则由上下两层叠加而成(单段导轨底座和段导轨底座凸台)；通过分体式结构可以降低单段导轨加工难度和加工成本。导轨100由于本实施例常用于大型部件的装配测量，所以本实施例的导轨100会相对较长，由于较长的导轨100往往稳定性较差、且难以维护。为了解决较长导轨100的稳定性较差、且难以维护的问题，本实施例的导轨100由多个单段导轨拼接而成。在一些实施例中，所述导轨100的材料可以选用花岗岩。为了方便理解，本实施例提供一个由多个单段导轨拼接而成的导轨100的实际设计方案：由4段花岗岩导轨100组成，每段花岗岩导轨100长度为3米、截面积大于0.2m2。
24.在示例性的实施例中，所述位姿测量系统还包括多个支撑块600，每个支撑块600位于相应单段导轨的端部，用于支撑相应单段导轨，其中，相邻单段导轨的拼接处共用一个支撑块600。在导轨100支撑的设计上，本实施例采用末端支撑的拼接方式，以避免拼接误差导致的段差，降低了拼接过程的调整难度。其中，支撑块600可以是花岗岩材质的。
25.在示例性的实施例中，每个支撑块600的底部还设有多个支撑垫700；其中，各个支撑垫700与相应支撑块600固定连接，用于避免各个支撑块600与地面接触。本实施例通过为每个支撑块600配置多个支撑垫700，避免各个支撑块600与地面接触，减弱了地面波动对导轨100的影响，提升了导轨100的稳定性。
26.在示例性的实施例中，所述测量组件500包括：测量台510，固定在目标支撑块600上，所述目标支撑块600为所述多个支撑块600中的一个边缘支撑块600；测量仪，位于所述测量台510的平台上，用于检测所述工作台200的位姿。在本实施例中，所述测量台510可以是一个600mm
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600mm的光学平板，该光学平板可以用于放置所述测量仪，所述测量仪可以是激光干涉仪，通过所述激光干涉仪和所述光学平板配合检测所述工作台200的位姿，提高了位姿的测量精准度，解决了现有的激光干涉仪的位姿测量难度较大的问题。
27.在示例性的实施例中，所述测量仪包括：激光器521，固定在所述测量台510的平台上，用于提供激光光路；多个分光镜522，分别分布在所述测量台510的平台上的不同位置处，用于将所述激光光路划分为多个激光分路，并接收通过所述测量镜400返回的多个激光反射分路，以根据所述多个激光分路和所述多个激光反射分路检测所述工作台200的位姿。在本实施例中，所述激光器521发出激光光路的光源通过多个分光镜522后，可以平均地分成三份射向工作台200上的三个测量镜400，所述三个测量镜400可以是三个反光镜；其中，所述的三个反光镜的结构、性能和技术指标都相同，并且位于同一垂直面内(yoz平面)。当所述工作台200移动时，三路光同时工作，分别记录移动的相对距离，以确定该工作台200的位姿，所述位姿包括位置和姿态，用于确定工作台200的当前状态。
28.在示例性的实施例中，所述直线电机300包括：定子组件310，沿轨道方向安装在所述安装槽111内的底壁上；动子组件(图未示)，位于所述安装槽111内，安装在所述工作台200底部，且与所述定子组件310相对应；其中，所述动子组件在所述定子组件310配合下带
动所述工作台200沿所述导轨100移动。本实施例采用直线电机300作为所述工作台200的驱动，所述直线电机300可以通过的定子组件310中的动子线圈在电磁场的作用下相对定子组件310中定子发生运动，从而推动工作台200沿导轨100方向移动。
29.在示例性的实施例中，所述工作平台210的两侧各设有一个侧板220，所述工作平台210与两侧的侧板220形成开口向下的凹槽；所述工作台200通过所述凹槽扣设在所述凸台110上；所述凸台110的一侧设有拖链221，所述拖链221与其中一个侧板220连接，用于提升所述工作台在所述凸台110上的滑动速度。在本实施例中，所述工作台200可以是气浮工作台200，所述气浮工作台200(即，气浮式工作台200)是一种可以借助空气压力使之悬浮的工作台200，该工作台200可以通过悬浮不与导轨100表面直接接触。当移动气浮工作台200时，与导轨100之间的摩擦力几乎为零，具有良好的误差均化效应，易于实现工作台200的高精度定位。为了提高所述气浮工作台200在所述凸台110上滑动的稳定性，本实施例的气浮工作台200可以设置为具有向下开口的气浮工作台200。
30.在示例性的实施例中，还包括限位机构800，所述限位机构800包括：限位板810，位于在所述导轨100的两端，用于限定所述工作平台210在所述凸台110上的活动范围；磁力预载导向条820，分别位于在所述凸台110的两侧，用于为所述工作台200提供预载磁力，以使所述工作台200在所述凸台110上沿所述导轨100方向滑动到预定位置；光栅尺(图未示)，位于所述凸台110的一侧，用于测量所述工作台200在所述凸台110上的位移，并配合所述磁力预载导向条820定位到所述预定位置。为保证工作台200能够沿着导轨100工作面进行直线运动，在所述凸台110的两侧安装了磁力预载导向条820(磁力预加载导向条)，在本实施例中所述磁力预载导向条820在强磁钢的作用下产生预加载磁力使工作台200与凸台110贴合，提高了工作台200在所述凸台110上滑动的稳定性。
31.在示例性的实施例中，所述限位板810设有多个限位缓冲器811；其中，所述多个限位缓冲器811用于减轻所述限位板810和所述工作台200之间的冲击力。本实施例通过在所述限位板810设有多个限位缓冲器811，提高了工作台200在所述凸台110上滑动的稳定性，减轻了所述限位板810和所述工作台200之间的冲击力，提高了限位板810和所述工作台200的使用使用寿命。
32.在示例性的实施例中，所述工作台200的内侧面设有预设粗糙度的第一气模加工面(图未示)；所述凸台110的外表面设有预设粗糙度的第二气膜加工面(图未示)；所述工作台200设有连通所述气膜加工面的气孔(图未示)，所述气孔用于向所述第一气膜加工面和所述第二气膜加工面之间注入高压气体，以产生针对所述工作台的气浮力；其中，所述气浮力用于平衡所述工作台200的重力和所述磁力预载导向条820的磁力，并使所述工作台与所述凸台100之间保持预设距离，以便所述工作台200在所述凸台110上滑动。所述高压气体为压强大于标准大气压强的气体，其中，本实施例中的高压气体可以是大于或等于4个标准大气压强的气体。本实施例通过所述气孔将一定流量的高压气体注入到所述第一气膜加工面和所述第二气膜加工面之间，以形成具有气浮力的气膜，其中，通过所述气孔注入的高压气体的流量越大，在所述第一气膜加工面和所述第二气膜加工面之间所产生的针对所述工作台200的气浮力也越大。本实施通过向所述第一气膜加工面和所述第二气膜加工面之间注入高压气体，使得工作台200与凸台110之间形成气膜，以使工作台200与凸台110之间保持预设距离，提高了工作台200在所述凸台110上滑动的稳定性。
33.在另一些实施例中，所述工作台200与所述凸台110之间设有多个气垫，其中：所述工作平台210两侧的侧板220与所述导轨100之间设有至少一个气垫(图未示)；所述工作平台210与所述凸台110之间设有至少两个气垫。为了保证工作台200能够沿着导轨100做直线运动，本实施例在所述工作台200与所述凸台110之间还可以设置有多个气垫。为了方便理解，本实施例提供了一个所述工作平台210两侧的侧板220与所述导轨100之间安装有5个气垫的实例，其中，与凸体上表面接触的气垫有3个，用于平衡工作台200的重力，与导轨100垂直侧面接触的气垫有2个，用于平衡磁力预载导向条820的磁力，以减少所述工作台200与所述凸台110之间摩擦，本实施通过分体式气浮工作台200(即通过多个气垫和工作台200组成的气浮工作台200)，使得工作台200与凸台110之间保持预设距离，提高了工作台200在所述凸台110上滑动的稳定性。
34.以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的发明范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的发明保护范围内。