CN105345453B - 一种基于工业机器人自动化装调的位姿确定方法 - Google Patents
一种基于工业机器人自动化装调的位姿确定方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105345453B CN105345453B CN201510859837.6A CN201510859837A CN105345453B CN 105345453 B CN105345453 B CN 105345453B CN 201510859837 A CN201510859837 A CN 201510859837A CN 105345453 B CN105345453 B CN 105345453B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- coordinate system
- pose
- robot
- antenna
- statellite
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 38
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 24
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims abstract description 21
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000005226 mechanical processes and functions Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
- B23P19/00—Machines for simply fitting together or separating metal parts or objects, or metal and non-metal parts, whether or not involving some deformation; Tools or devices therefor so far as not provided for in other classes
- B23P19/10—Aligning parts to be fitted together
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Manipulator (AREA)
- Numerical Control (AREA)
Abstract
一种基于工业机器人自动化装调的位姿确定方法，首先令工业机器人抓取卫星天线反射器，并建立机器人基坐标系、机器人工作坐标系、反射器坐标系、安装坐标系、装配坐标系，然后在反射器上安装测量球得到测量点，根据各个坐标系之间的转换关系得到测量点的初始坐标、目的坐标，进而得到反射器初始位姿、目标位姿，最后根据反射器初始位姿、目标位姿控制工业机器人将卫星天线反射器安装到目标位置。本发明通过建立各个坐标系并得到各个坐标系之间的姿态转换矩阵，同时使用激光跟踪仪等精测手段得到待装调天线的精确坐标，将柔性化的工业机器人用于高精度的产品装配中，具有产品装调安全、效率高、精准的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种工业机器人位姿确定方法，特别是一种基于工业机器人自动化装调的位姿确定方法。
背景技术
自动化装配技术已历经半个多世纪的发展，已向着机械功能多元化、控制模块智能化的方向发展。在汽车、航空等工业领域已开始利用柔性化的工业机器人或定制的自动化装备高效、精准地完成了很多人工操作难以完成的工作。在很多高精度的装配领域，自动化的装调方式更是显得十分重要，其结合各种精测手段的辅助，能够实现高效精准的装调到位。
近年来，随着中国航天事业的快速发展，航天器产品的数量和种类不断上升，对产品装配精度的要求也越来越高。其中，又以星载天线等高精度结构的装配尤为困难，以往完全依靠传统的手工操作方法，工作效率低，技术风险高。因此，将高精度的自动装调技术引入到卫星部件的精密装调中，发展高精度的自动化装调技术，是解决航天产品高精度装配困难的切实有效的途径，而实现自动化装调的基础之一就是需要实时计算确定待装调部件的初始位姿及目标位姿，即需要一种工业机器人自动化装调的位姿确定方法。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于工业机器人自动化装调的位姿确定方法。
本发明的技术解决方案是：一种基于工业机器人自动化装调的位姿确定方法，包括如下步骤：
(1)令工业机器人抓取卫星天线反射器，然后以机器人底座自身坐标系为机器人基坐标系，以机器人末端法兰盘圆心作为原点、法兰盘所在平面作为XOY面、XOY面的法向方向作为Z轴指向建立机器人工作坐标系，根据待装调的卫星天线反射器形状任意建立坐标系作为反射器坐标系，以安装平台底面中心为原点、底面作为XOY面、以XOY面的法线方向作为Z轴指向建立安装坐标系，将激光跟踪仪的自身坐标系作为装配坐标系；
(2)在卫星天线反射器上安装至少三个测量球作为卫星天线反射器测量点，使用激光跟踪仪测量三个测量点在装配坐标系下的坐标，根据装配坐标系、机器人工作坐标系的姿态转换矩阵得到三个测量点在机器人工作坐标系下的坐标作为初始姿态；
(3)选取卫星天线反射器中能够得到卫星天线反射器结构形状的关键点，根据卫星天线反射器测量点坐标、卫星天线反射器结构形状，得到卫星天线反射器关键点、卫星天线反射器测量点在装配坐标系下的位置转换关系；
(4)获取卫星天线反射器关键点在装配坐标系下的目标坐标，根据卫星天线反射器关键点、卫星天线反射器测量点在装配坐标系下的位置转换关系得到卫星天线反射器测量点在装配坐标系下的目标坐标；
(5)获取装配坐标系、安装坐标系的姿态转换矩阵，根据装配坐标系、安装坐标系的姿态转换矩阵得到卫星天线反射器测量点在安装坐标系下的目标坐标；
(6)获取安装坐标系、机器人基坐标系的姿态转换矩阵，根据安装坐标系、机器人基坐标系的姿态转换矩阵得到卫星天线反射器测量点在机器人基坐标系下的目标坐标；
(7)读取当前位置下机器人基坐标系、机器人工作坐标系的姿态转换矩阵，并根据机器人基坐标系、机器人工作坐标系的姿态转换矩阵得到卫星天线反射器测量点在机器人工作坐标系下的目标坐标作为目标位姿；
(8)将步骤(2)、步骤(7)得到的卫星天线反射器初始位姿、目标位姿送至工业机器人，控制工业机器人根据卫星天线反射器初始位姿、目标位姿将卫星天线反射器安装到目标位置。
所述的卫星天线反射器为椭球体。
所述的反射器坐标系为椭球坐标系。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明与现有技术相比，通过建立各个坐标系并得到各个坐标系之间的姿态转换矩阵，得到了一种实时测量计算确定待装调部件的初始位姿及目标位姿方法，解决了工业机器人自动化装调所需位姿的问题，具有计算简单、实现方便的优点；
(2)本发明与现有技术相比，通过一种动态位姿确定方法得到工业机器人自动化装调所用的位姿，使得工业机器人能够用于产品装配中，解决了现有的手工操作方式在结构装配中具有的工作效率低、技术风险高的缺陷，在避免装调风险的同时，还具有装调效率高的优点；
(3)本发明通过计算得到工业机器人自动化装调所用的初始位姿及目标位姿，将柔性化的工业机器人用于高精度的产品装配中，并使用激光跟踪仪等精测手段得到待装调天线的精确坐标，进而将待装调天线高效精准的放置到待安装位置，与现有的人工装调方式相比更加精准。
附图说明
图1为本发明一种基于工业机器人自动化装调的位姿确定方法原理流程图；
图2为本发明一种基于工业机器人自动化装调的位姿确定方法中坐标变换示意图。
具体实施方式
本发明以卫星固面反射器天线为对象，提出了一种基于工业机器人自动化装调的位姿确定方法，包括坐标系建立、初始位置及目标位置的测量与求解等整套适用于工业机器人自动化装调的位置计算方法，具有较好的实用价值与应用前景。
如图1所示本发明方法通过如下步骤实现：
(1)令柔性化的工业机器人(比如六自由度工业机器人)抓取卫星天线反射器，并建立装配中应用到的所有坐标系，如图2所示将激光跟踪仪自身坐标系作为装配坐标系(激光跟踪仪自身坐标系)，以机器人底座自身坐标系为机器人基坐标系(测量坐标系)，以机器人末端法兰盘圆心作为原点、法兰盘所在平面作为XOY面、XOY面的法向方向作为Z轴指向建立机器人工作坐标系，以椭球形待装调反射器的椭球坐标系作为反射器坐标系，以安装平台底面中心为原点、底面作为XOY面、以XOY面的法线方向作为Z轴指向建立安装坐标系，其中，装配坐标系原点为(x0，y0，z0)，机器人基坐标系原点为(x1，y1，z1)，机器人工作坐标系原点为(x2，y2，z2)，反射器坐标系原点为(x3，y3，z3)，安装坐标系原点为(x4，y4，z4)。
(2)在卫星天线反射器上安装至少三个测量球作为卫星天线反射器测量点，使用激光跟踪仪测量三个测量点在装配坐标系下的初始位姿，根据装配坐标系、机器人工作坐标系的姿态转换矩阵得到三个测量点在机器人工作坐标系下的坐标作为初始姿态；
(3)选取卫星天线反射器中能够得到卫星天线反射器结构形状的关键点，根据卫星天线反射器测量点坐标、卫星天线反射器结构形状，得到卫星天线反射器关键点、卫星天线反射器测量点在装配坐标系下的位置转换关系；
(4)获取卫星天线反射器关键点在装配坐标系下的目标坐标，根据卫星天线反射器关键点、卫星天线反射器测量点在装配坐标系下的位置转换关系得到卫星天线反射器测量点在装配坐标系下的目标坐标；
(5)获取装配坐标系、安装坐标系的姿态转换矩阵，根据装配坐标系、安装坐标系的姿态转换矩阵得到卫星天线反射器测量点在安装坐标系下的目标坐标；
(6)获取安装坐标系、机器人基坐标系的姿态转换矩阵，根据安装坐标系、机器人基坐标系的姿态转换矩阵得到卫星天线反射器测量点在机器人基坐标系下的目标坐标；
(7)读取当前位置下机器人基坐标系、机器人工作坐标系的姿态转换矩阵，并根据机器人基坐标系、机器人工作坐标系的姿态转换矩阵得到卫星天线反射器测量点在机器人工作坐标系下的目标坐标作为目标位姿；
(8)将步骤(2)、步骤(7)得到的卫星天线反射器初始位姿、目标位姿提供给工业机器人，控制工业机器人根据卫星天线反射器初始位姿、目标位姿进行姿态的调整，实现将卫星天线反射器安装到位。
其中，上述卫星天线反射器关键点为卫星天线反射器中体现形状结构的位置点，比如，当卫星天线反射器为椭球体时，其关键点包括椭球体的中心点及焦点，当卫星天线反射器为球体时，其关键点包括球体的中心点及球体表面任意一点。
如图2所示为本发明方法所建立坐标系转换示意图，包括装配坐标系(O0X0Y0)、机器人基坐标系原点为(O1X1Y1)，机器人工作坐标系原点为(O2X2Y2)，反射器坐标系原点为(O3X3Y3)，安装坐标系原点为(O4X4Y4)，步骤(2)中在卫星天线反射器上安装三个测量球作为卫星天线反射器测量点，并记为PD1、PD2、PD3，在工业机器人运动过程中，机器人实时显示机器人基坐标系、机器人工作坐标系的位置关系，即位姿转换矩阵，最后工业机器人根据步骤(8)得到的卫星天线反射器初始位姿、目标位姿将卫星天线反射器安装到塔式结构的对应位置，完成自动化装调。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
Claims (3)
1.一种基于工业机器人自动化装调的位姿确定方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)令工业机器人抓取卫星天线反射器，然后以机器人底座自身坐标系为机器人基坐标系，以机器人末端法兰盘圆心作为原点、法兰盘所在平面作为XOY面、XOY面的法向方向作为Z轴指向建立机器人工作坐标系，根据待装调的卫星天线反射器形状任意建立坐标系作为反射器坐标系，以安装平台底面中心为原点、底面作为XOY面、以XOY面的法线方向作为Z轴指向建立安装坐标系，将激光跟踪仪的自身坐标系作为装配坐标系；
(2)在卫星天线反射器上安装至少三个测量球作为卫星天线反射器测量点，使用激光跟踪仪测量任意三个测量点在装配坐标系下的坐标，根据装配坐标系、机器人工作坐标系的姿态转换矩阵得到经过测量的三个测量点在机器人工作坐标系下的坐标作为初始姿态；
(3)选取卫星天线反射器中能够得到卫星天线反射器结构形状的关键点，根据卫星天线反射器测量点坐标、卫星天线反射器结构形状，得到卫星天线反射器关键点、卫星天线反射器测量点在装配坐标系下的位置转换关系；
(4)获取卫星天线反射器关键点在装配坐标系下的目标坐标，根据卫星天线反射器关键点、卫星天线反射器测量点在装配坐标系下的位置转换关系得到卫星天线反射器测量点在装配坐标系下的目标坐标；
(5)获取装配坐标系、安装坐标系的姿态转换矩阵，根据装配坐标系、安装坐标系的姿态转换矩阵得到卫星天线反射器测量点在安装坐标系下的目标坐标；
(6)获取安装坐标系、机器人基坐标系的姿态转换矩阵，根据安装坐标系、机器人基坐标系的姿态转换矩阵得到卫星天线反射器测量点在机器人基坐标系下的目标坐标；
(7)读取当前位置下机器人基坐标系、机器人工作坐标系的姿态转换矩阵，并根据机器人基坐标系、机器人工作坐标系的姿态转换矩阵得到卫星天线反射器测量点在机器人工作坐标系下的目标坐标作为目标位姿；
(8)将步骤(2)、步骤(7)得到的卫星天线反射器初始位姿、目标位姿送至工业机器人，控制工业机器人根据卫星天线反射器初始位姿、目标位姿将卫星天线反射器安装到目标位置。
2.根据权利要求1所述的一种基于工业机器人自动化装调的位姿确定方法，其特征在于：所述的卫星天线反射器为椭球体。
3.根据权利要求2所述的一种基于工业机器人自动化装调的位姿确定方法，其特征在于：所述的反射器坐标系为椭球坐标系。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510859837.6A CN105345453B (zh) | 2015-11-30 | 2015-11-30 | 一种基于工业机器人自动化装调的位姿确定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510859837.6A CN105345453B (zh) | 2015-11-30 | 2015-11-30 | 一种基于工业机器人自动化装调的位姿确定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105345453A CN105345453A (zh) | 2016-02-24 |
| CN105345453B true CN105345453B (zh) | 2017-09-22 |
Family
ID=55321589
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510859837.6A Expired - Fee Related CN105345453B (zh) | 2015-11-30 | 2015-11-30 | 一种基于工业机器人自动化装调的位姿确定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105345453B (zh) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107462154B (zh) * | 2017-07-28 | 2019-08-30 | 深圳市圆梦精密技术研究院 | 机器人末端工具的位姿测量方法 |
| CN107443356B (zh) * | 2017-09-12 | 2019-11-05 | 厦门市图巴机器人有限公司 | 一种可实时显示机器人形态的系统及方法 |
| CN108213942A (zh) * | 2018-01-09 | 2018-06-29 | 常州固高智能控制技术有限公司 | 一种适用于坦克动力舱装配的六自由度并联调资机构正解方法 |
| CN110480291B (zh) * | 2018-05-15 | 2021-07-16 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种基于6自由度工业机器人的复杂结构件精密对接方法 |
| CN109341532B (zh) * | 2018-11-05 | 2020-11-10 | 航天材料及工艺研究所 | 一种面向自动装配的基于结构特征的零件坐标标定方法 |
| CN109909704B (zh) * | 2019-03-06 | 2021-07-23 | 上海蔚来汽车有限公司 | 汽车门饰板装配方法和用于汽车门饰板装配的工装设备 |
| CN110006339B (zh) * | 2019-03-25 | 2021-08-10 | 北京卫星制造厂有限公司 | 一种天线反射器复材模具型面精度在位测量方法及系统 |
| CN110828970B (zh) * | 2019-10-09 | 2021-07-13 | 中国空间技术研究院 | 一种卫星天线安装及位置调整装置及方法 |
| CN114509001B (zh) * | 2022-01-13 | 2023-12-12 | 上海卫星工程研究所 | 大尺寸空间结构快速精准装调方法及系统 |
| CN115314996B (zh) * | 2022-08-09 | 2024-08-30 | 合肥拉塞特机器人科技有限公司 | 基于轨道巡检机器人快速获取wifi无线信号覆盖的方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3481631B2 (ja) * | 1995-06-07 | 2003-12-22 | ザ トラスティース オブ コロンビア ユニヴァーシティー イン ザ シティー オブ ニューヨーク | 能動型照明及びデフォーカスに起因する画像中の相対的なぼけを用いる物体の３次元形状を決定する装置及び方法 |
| WO2009016256A1 (en) * | 2007-08-01 | 2009-02-05 | Dublin City University | Ultra-compact aperture controlled depth from defocus range sensor |
| CN103245335B (zh) * | 2013-05-21 | 2015-11-04 | 北京理工大学 | 一种自主在轨服务航天器超近距离视觉位姿测量方法 |
| CN104748750B (zh) * | 2013-12-28 | 2015-12-02 | 华中科技大学 | 一种模型约束下的在轨三维空间目标姿态估计方法及系统 |
| CN104527994B (zh) * | 2015-01-21 | 2016-08-24 | 哈尔滨工业大学 | 异面交叉快变轨道固定时间稳定姿态指向跟踪控制方法 |
| CN104743141B (zh) * | 2015-04-03 | 2017-01-18 | 上海微小卫星工程中心 | 一种采用卫星星座的高速航空器定位方法 |
-
2015
- 2015-11-30 CN CN201510859837.6A patent/CN105345453B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105345453A (zh) | 2016-02-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105345453B (zh) | 一种基于工业机器人自动化装调的位姿确定方法 | |
| CN106570905B (zh) | 一种非合作目标点云初始姿态验证方法 | |
| US11334077B2 (en) | Method and device for locating faulty photovoltaic panel, and unmanned aerial vehicle | |
| CN103979118B (zh) | 一种机翼壁板数字化定位方法以及定位装置 | |
| CN108229615B (zh) | 一种航空发动机零部件的数字化装配支持系统及方法 | |
| CN107543495A (zh) | 航天器设备自动准直测量系统、准直方法与测量方法 | |
| CN109967292A (zh) | 一种基于工件轮廓信息三维重构的自动喷涂系统及其方法 | |
| CN111687631B (zh) | 一种基于室内gps和激光测距的飞机结构件位姿自动预对齐方法 | |
| WO2015074357A1 (zh) | 室内空间测量定位系统的精密控制场精度溯源方法 | |
| CN112710236B (zh) | 基于激光跟踪仪测量航天器高精度仪器安装姿态的方法 | |
| CN106896828B (zh) | 一种无人机自动无线充电方法及系统 | |
| CN101566476A (zh) | 基于6自由度机械臂的景像匹配半实物仿真系统 | |
| CN109760059A (zh) | 基于bim的机械臂装配任务规划方法及建筑装配方法 | |
| CN104848833A (zh) | 一种电子经纬仪和激光跟踪仪联合测量系统的建立方法 | |
| CN102991724A (zh) | 利用工作空间测量定位系统进行飞机大部件对接的方法 | |
| CN106903663A (zh) | 一种回转壳体内装零件的定位标记方法、装置及系统 | |
| CN110001998B (zh) | 一种基于激光测距的飞机大部件框式结构对接引导装置与方法 | |
| CN109341532A (zh) | 一种面向自动装配的基于结构特征的零件坐标标定方法 | |
| CN101539397A (zh) | 物体三维姿态的精密光学测量方法 | |
| CN109828612A (zh) | 一种利用无人机对定日镜进行夜间快速校正的系统和方法 | |
| CN105354360A (zh) | 飞机大部件装配界面精加工坐标测量控制网闭环建立方法 | |
| CN104182095A (zh) | 移动式自定位激光3d投影系统 | |
| CN109445310A (zh) | 一种红外成像制导飞行器半实物仿真系统及方法 | |
| CN109508044B (zh) | 一种定日镜二次反射指向校正系统及方法 | |
| CN103587719A (zh) | 平板件的全自动钻铆定位方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170922 |