[发明专利]一种空间点相对坐标检测装置及应用方法

权利要求书

1.一种空间点相对坐标检测装置，其特征在于：包括装配盒、固定于装配盒内部的拉线式传感器和设置于装配盒上方的中心轴；

沿装配盒表面的法向看，所述中心轴沿轴向的两端分别固定有与中心轴固定配合的上锥齿轮和与中心轴沿周向自由配合的下锥齿轮；沿中心轴径向的两侧分别设置有一个与上锥齿轮和下锥齿轮啮合的侧锥齿轮，所述侧锥齿轮上分别设置有角度传感器；侧锥齿轮能够以其轴线为转轴自由转动；

中心轴中心具有一牵引孔，装配盒上具有一与牵引孔同心的拉线孔，所述拉线式传感器的拉线绳自由穿过拉线孔和牵引孔，拉线绳偏离装配盒表面的法向时，牵引孔的轴向与拉线绳的长度方向重合，拉线式传感器能够记录拉线绳伸出拉线式传感器的长度；将空间点相对坐标检测装置固定在第一平面的任意点，将拉线绳的自由端固定在第二平面的待测点。

2.根据权利要求1所述的一种空间点相对坐标检测装置，其特征在于：所述侧锥齿轮沿轴向远离中心轴的一侧设置有固定杆，所述装配盒内还固定有两个轴承座，每个侧锥齿轮的固定杆分别与一个轴承座内的轴承沿周向自由配合。

3.根据权利要求2所述的一种空间点相对坐标检测装置，其特征在于：所述轴承座包括沿固定杆轴向与轴承座配合的盖体，所述轴承座和盖体相对的一面分别沿轴向内凹形成第一容置腔和第二容置腔，轴承外圈与第一容置腔的内壁过盈配合，轴承内圈与固定杆的外壁过盈配合；

所述第二容置腔的内壁上具有至少一个沿径向向外延伸的第一限位槽，所述固定杆端部的外周上沿径向开设有第二限位槽；第二容置腔内容置有一涡卷弹簧，所述涡卷弹簧的外端固定在第一限位槽内，内端固定在第二限位槽内。

4.根据权利要求3所述的一种空间点相对坐标检测装置，其特征在于：在轴承座沿轴向的远离中心轴的一侧固定所述角度传感器，所述固定杆沿轴向开设有装配孔，所述装配孔为腰型孔，所述角度传感器的传动轴插接于装配孔内与固定杆沿周向固定配合。

5.根据权利要求1所述的一种空间点相对坐标检测装置，其特征在于：所述上锥齿轮中心具有固定孔，所述固定孔为腰型孔，中心轴插接于固定孔中与上锥齿轮沿周向固定配合。

6.根据权利要求1所述的一种空间点相对坐标检测装置，其特征在于：所述装配盒底部固定连接有一底盖，所述底盖沿其所在平面向外延伸设置有与安装平面配合的安装孔，所述底盖的边缘均匀设置有多个具有螺纹孔且与底盖垂直的装配面，所述装配盒与底盖配合时，所述装配面与装配盒的表面贴合并通过螺杆固定连接。

7.根据权利要求6所述的一种空间点相对坐标检测装置，其特征在于：沿垂直于底盖所在平面的方向看，所述装配盒为矩形结构，所述底盖四角处分别设置有与装配盒内壁贴合的并相互垂直的两个装配面。

8.根据权利要求1所述的一种空间点相对坐标检测装置，其特征在于：所述装配盒还具有一上盖，中心轴放置于装配盒与上盖围成的空间内，所述上盖具有与牵引孔同心的通孔，所述上盖沿垂直于装配盒所在的平面的方向与装配盒固定连接，所述拉线绳穿过通孔，且拉线绳偏离装配盒表面的法向0～75°之间时，与通孔不会发生接触。

9.使用权利要求1-8任一项所述的空间点相对坐标检测装置检测平面任意点位置的方法，其特征在于：将空间点相对坐标检测装置固定在第一平面的任意点，将拉线绳的自由端固定在第二平面的待测点P，以空间点相对坐标检测装置的中心轴轴线和侧锥齿轮轴线的交点O为原点建立空间坐标系，中心轴轴线指向下锥齿轮的方向为x轴正方向，装配盒法向远离拉线式传感器的方向为z轴正方向，沿z轴负方向看，侧锥齿轮轴线指向右侧为y轴正方向；则待测点P相对于O点的位置表示为

其中，ρ为OP的距离，θ为拉线绳在yoz平面内与z轴的夹角，拉线绳向y轴负方向偏离时，θ为正数；为拉线绳在xoz平面内与z轴的夹角，拉线绳向x轴正方向偏离时，为正数。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：在第一平面上任意布置至少三个所述空间点相对坐标检测装置，每个空间点相对坐标检测装置的拉线绳自由端分别固定在第二平面的任意位置，且拉线绳的自由端不完全在同一直线上；在已知空间点相对坐标检测装置的相对位置关系的情况下，确定拉线绳自由端相对于其空间点相对坐标检测装置的位置，根据坐标变换得到第二平面相对第一平面的位姿。