針對(duì)關(guān)節(jié)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的研究幾乎都是建立在數(shù)學(xué)模型之上的。測(cè)量機(jī)的數(shù)學(xué)模型包括測(cè)量方程與測(cè)量誤差模型。由于關(guān)節(jié)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)與工業(yè)中的關(guān)節(jié)式機(jī)器人有一定的相似之處，測(cè)量機(jī)的測(cè)量方程就相當(dāng)于機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，其區(qū)別就在于測(cè)量機(jī)的測(cè)量方程不需要考慮測(cè)量機(jī)測(cè)頭的姿態(tài)。因此，對(duì)關(guān)節(jié)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)模型的研究就可借鑒工業(yè)機(jī)器人的建模方法。

本章首先介紹了關(guān)節(jié)臂測(cè)量機(jī)測(cè)量原理和組成，坐標(biāo)測(cè)量機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上采用D-H方法建立了系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型即測(cè)量機(jī)的測(cè)量方程，這是研究測(cè)量機(jī)誤差模型、標(biāo)定模型的基礎(chǔ)。下面跟著小編一起來了解下；

1. 關(guān)節(jié)臂測(cè)量機(jī)原理

2. 關(guān)節(jié)臂測(cè)量機(jī)組成

整個(gè)測(cè)量機(jī)主要由以下幾部分構(gòu)成:主機(jī)、電路、計(jì)算機(jī)、軟件及附件。

關(guān)節(jié)臂坐標(biāo)測(cè)量機(jī)主機(jī)主體材料采用彈纖維，該材料具有重量輕、強(qiáng)度高、變形小的特點(diǎn)，主要起支撐作用；各關(guān)節(jié)是由精密制造的回轉(zhuǎn)軸系構(gòu)成，每個(gè)關(guān)節(jié)安裝有角度編碼器；數(shù)據(jù)采集電路固定在儀器底座空間部分，完成角度編碼器的信號(hào)采集并處理；數(shù)據(jù)處理模塊通過USB接口與上位機(jī)軟件進(jìn)行通訊。采樣開關(guān)完成對(duì)信號(hào)的觸發(fā)。

3. 關(guān)節(jié)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)

關(guān)節(jié)部件在測(cè)量機(jī)的結(jié)構(gòu)中，主要負(fù)責(zé)連接相鄰兩桿件，提供兩桿件相對(duì)的高精度回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，采用角度傳感器測(cè)量回轉(zhuǎn)角度。對(duì)關(guān)節(jié)部件設(shè)計(jì)的要求是：結(jié)構(gòu)緊湊，轉(zhuǎn)軸強(qiáng)度好、剛性好、變形小。各關(guān)節(jié)之間采用垂直連接；回轉(zhuǎn)部分的徑向跳動(dòng)要小，同軸度要好。設(shè)計(jì)中要將關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)軸系與角度傳感器軸系合二為一。為了使測(cè)量機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，將用于連接的兩相鄰關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)成一個(gè)整體，關(guān)節(jié)軸線互相垂直，并采用了雙軸承式交叉及內(nèi)嵌軸的設(shè)計(jì)方法，該方法借鑒了機(jī)床主軸的設(shè)計(jì)思想，能夠有效提高關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)精度。3-4給出了測(cè)量機(jī)關(guān)節(jié)內(nèi)部的具體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。其中交叉軸，可繞其軸線旋轉(zhuǎn)，采用了雙軸承結(jié)構(gòu)，減少了單一軸承結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的徑向跳動(dòng)誤差及偏轉(zhuǎn)誤差，提高了回轉(zhuǎn)精度。內(nèi)嵌軸，也同樣采取了雙軸承結(jié)構(gòu)，將內(nèi)嵌軸安裝于交叉軸中，就形成了兩個(gè)軸線互相垂直的關(guān)節(jié)，且具有回轉(zhuǎn)精度高，結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點(diǎn)。

4. 坐標(biāo)測(cè)量機(jī)平衡桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

測(cè)量機(jī)第二測(cè)量臂的重力作用在支環(huán)上，由于支環(huán)、支桿以及垂直桿聯(lián)接在一起，即相當(dāng)于重力作用于垂直桿上端。而垂直桿作為一個(gè)整體，將力傳遞到氣彈簧與垂直桿的聯(lián)接處，該處是一個(gè)受力點(diǎn)，該點(diǎn)的支撐力由氣彈簧提供，即第二測(cè)量臂的自身重力由氣彈簧的力來抵消，而支柱與垂直桿的鉸鏈處為整個(gè)杠桿系統(tǒng)的支點(diǎn)，這樣就構(gòu)成一典型的力平衡系統(tǒng)。由于氣彈簧在其行程范圍內(nèi)可隨意停止，所以測(cè)量機(jī)的第二、第三測(cè)量臂就可保持自平衡狀態(tài)，這樣就可以無需借助過多的外力而手握測(cè)量機(jī)測(cè)頭在測(cè)量空間內(nèi)靈活輕便地進(jìn)行取點(diǎn)或掃描測(cè)量。

5.坐標(biāo)測(cè)量機(jī)建模基礎(chǔ)

關(guān)節(jié)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是一種空間開鏈連桿機(jī)構(gòu)，類似于工業(yè)中常見的開鏈機(jī)器人或機(jī)械手。表示機(jī)器人每個(gè)桿件在空間相對(duì)于絕對(duì)坐標(biāo)系或相對(duì)于機(jī)器人基座的位置及方向的方程，稱為機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，這也是關(guān)節(jié)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)數(shù)學(xué)建模的基礎(chǔ)。

關(guān)節(jié)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)可抽象為多個(gè)具有獨(dú)立運(yùn)動(dòng)桿件以旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)組成的機(jī)械系統(tǒng)，要在空間描述每個(gè)桿件的位置及方向，需要采用以下的直角坐標(biāo)系：

1.絕對(duì)坐標(biāo)系：參照工作現(xiàn)場(chǎng)地面的坐標(biāo)系，它是測(cè)量機(jī)各桿件的公共參考坐標(biāo)系。

2.基座坐標(biāo)系：參照測(cè)量機(jī)基座的坐標(biāo)系，是測(cè)量機(jī)各個(gè)活動(dòng)桿件的公共參考坐標(biāo)系。

3.桿件坐標(biāo)系：參照測(cè)量機(jī)指定桿件的坐標(biāo)系，是在每個(gè)活動(dòng)桿件上固定的坐標(biāo)系，隨桿件運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)，也稱為桿件剛體的體坐標(biāo)系。每一號(hào)坐標(biāo)系都以編號(hào)低一號(hào)的坐標(biāo)系為相對(duì)參考系。

4.測(cè)量機(jī)測(cè)頭坐標(biāo)系，它表示測(cè)量機(jī)測(cè)頭在指定坐標(biāo)系中的位置和姿態(tài)，但不同于工業(yè)機(jī)器人的是，測(cè)量機(jī)測(cè)頭的姿態(tài)一般無需考慮。

通過以上的介紹相信您已對(duì)關(guān)節(jié)臂坐標(biāo)測(cè)量機(jī)結(jié)構(gòu)及模型加深了了解以便更好的運(yùn)用到工作使用中！