[发明专利]面向关节式坐标测量机的实时接触力测量方法及装置

权利要求书

1.面向关节式坐标测量机的实时接触力测量方法，其特征在于：使用末端关节固定有集成力传感器测头(2)的关节式坐标测量机(1)作为实时接触力测量装置；测量方法具体包括以下步骤：

步骤一、开启基于关节式坐标测量机的实时接触力测量装置，完成开机预热；

步骤二、将J个定位装置固定在实时接触力测量装置的测量空间内；

步骤三、操作预热后的实时接触力测量装置，使用集成力传感器测头探测定位装置的位置，以不同的姿态和不同的接触力对每一个位置进行N次采样，记录每次采样时集成力传感器测头读取的接触力f_i＝(f_x,f_y,f_z)，以及圆光栅角度编码器的读数值Θ_i＝(θ₁,θ₂,θ₃,θ₄,θ₅,θ₆)；f_x,f_y,f_z分别表示x轴、y轴和z轴方向的接触力，θ₁～θ₆分别表示6个圆光栅角度编码器的读数值；

步骤四、在Denavit-Hartenberg模型的基础上集成测针变形模型，构建如下的实时接触力测量装置的理论数学模型

其中，为集成力传感器测头相对于基座坐标系的数学模型，A₁～A₆分别为相邻坐标系的齐次变换矩阵，A₇为集成力传感器测头相对于A₆的坐标转换矩阵；C为角度修正矩阵，ΔA_x、ΔA_y、ΔA_z分别为测针受力形变在x轴、y轴、z轴方向的位移矩阵；

根据模型(1)得到集成力传感器测头的实际坐标(x，y，z)为：

其中，P为运动学参数集，

P＝(θ_0,1,θ_0,2,θ_0,3,θ_0,4,θ_0,5,θ_0,6,α₁,α₂,α₃,α₄,α₅,α₆,a₁,a₂,a₃,a₄,a₅,a₆,d₁,d₂,d₃,d₄,d₅,d₆,l,δ,k₁,b₁,k₂,b₂,k₃)

其中θ_0,i为关节零位偏差、d_i为连杆长度、a_i关节长度、α_i关节扭角，i＝1,2,...6；δ为安装偏角，b₁、b₂分别为测针在x轴、y轴方向上的初始偏摆，k₁、k₂、k₃分别为x轴、y轴方向上的挠度变形系数和z方向上的压缩变形系数；Q＝(θ₁,θ₂,θ₃,θ₄,θ₅,θ₆,f_x,f_y,f_z)为集成力传感器测头读取的接触力数值和以及圆光栅角度编码器的读数值组成的自变量；

步骤五、计算测量结果在x轴、y轴、z轴三个方向上的方差和作为目标函数，剔除运动学参数集P中冗余的线性相关参数，然后利用智能算法在待辨识参数搜索范围内，找到一个使得目标函数最小的结构参数输出；将辨识后运动学参数集的输入到实时接触力测量装置的理论数学模型中，完成装置的标定；

步骤六、根据步骤五标定后的理论数学模型得到实时接触力测量装置在x轴、y轴、z轴三个方向上的测量范围[-t_x,t_x],[-t_y,t_y],[-t_z,t_z]，使用实时接触力测量装置进行测量，集成力传感器测头将采集到的接触测量力数据传输到计算中，判断是否超出测量范围，当超出范围时，装置报警。