CN107422447B - 一种拼接镜的自动组装系统及组装方法 - Google Patents

Abstract

一种拼接镜的自动组装系统及组装方法，涉及自动组装技术领域，解决现有拼接子镜采用手工安装，使拼接精度很难达到要求的问题，包括组装机器人系统、视觉测量系统以及转台系统，组装机器人系统包括机械臂、末端抓取机构和六维力传感器，视觉测量系统采用双目立体测量，由抓捕子镜相机、安装子镜相机、抓捕子镜标志器和安装子镜标志器组成，转台系统包括主控计算机和支撑转动平台；在视觉测量系统与力控制系统的导航下，组装机器人完成拼接子镜模块的高精度自动组装。本发明可以极大提高拼接镜的安装精度。

Description

一种拼接镜的自动组装系统及组装方法

技术领域

本发明涉及一种拼接镜自动组装技术领域，具体涉及一种拼接镜的自动组装系统及组装方法。

背景技术

随着科学探索与军事应用两方面需求的牵引，人类对空间成像光学系统的分辨能力要求不断提升。受到光学原理的制约，光学系统的分辨能力与其光学口径成正比，“高分辨率”即意味着“大口径”。近年来军事上对侦察相机分辨率的需求逐步提高，国际天文学界对于寻找类地行星等领域的探索不断升温，超大口径空间望远镜将成为光学工程界20年内的主要发展方向。

另一方面，在可预见的未来，运载工具的发展速度跟不上望远镜口径增大的步伐。传统整体式主镜空间望远镜已经遭遇了火箭的运载能力这一技术瓶颈。

针对上述问题，采用拼接式子镜模块在轨组装成大口径空间望远镜的方案被认为是一种最有前景的选择。如果采用人手工安装子镜，安装的精度很难达到要求。而且随着子镜模块数量的增加，安装难度与工作量将十分巨大。

发明内容

本发明为解决现有拼接子镜采用手工安装，使拼接精度很难达到要求的问题，提供一种拼接镜的自动组装系统及组装方法。

一种拼接镜的自动组装系统，所述组装机器人系统包括机器人计算机、机械臂、末端抓取机构和六维力传感器；所述视觉测量系统采用双目立体测量，包括抓捕子镜相机、安装子镜相机、抓捕子镜标志器和安装子镜标志器；

所述转台系统包括主控计算机和支撑转动平台；所述末端抓取机构、抓捕子镜相机和安装子镜相机、安装于机械臂的末端，所述六维力传感器安装于末端抓取机构上；所述抓捕子镜标志器安装于子镜模块上，所述安装子镜标志器安装于支撑转动平台上；主控计算机通过网络接口与机器人计算机通信。

一种拼接镜的组装方法，该方法由以下步骤实现：

步骤一、主控计算机向机器人计算机发送抓取子镜模块的指令，所述机器人计算机根据接收的抓取子镜模块指令，控制机械臂到子镜模块存放处，所述子镜抓取标志器进入抓捕子镜相机视场，抓捕子镜相机将子镜模块存放位置信息发送给机器人计算机，机械臂根据实时坐标移动到子镜模块存放位置；

当机械臂与子镜模块距离在10-15mm时，机械臂在六维力传感器的反馈下向子镜模块插孔轴向移动，当子镜模块侧面碰到安放在末端抓取机构安装座侧面的限位开关后，机械臂停止移动，末端抓取机构胀紧抓取子镜模块；

步骤二、机械臂按照预定规划路径将子镜模块运至安装位置，所述子镜安装标志器进入安装子镜相机的视场，安装子镜相机将目标位置的坐标信息发送至机械臂，机械臂根据目标位置的实时坐标移动到所述目标位置，当距离子镜安装孔10-15mm时，机械臂根据六维力传感器的反馈信息完成子镜模块的放置；

步骤三、主控计算机接收机器人计算机的搬运完成的指令后，控制支撑转动平台转动至下一安装位置，同时机械臂运动至下一待安装子镜位置，直到安装完成。

本发明的有益效果：本发明所述的组装方法首先根据预先规划路径，机械臂带动抓取机构到达指定位置，此后在手眼相机的引导下不断接近子镜存放处的待组装子镜，当距离子镜10-15mm时，由视觉导航转换为力导航，在六维力传感器的反馈信息下，对机械臂进行力闭环控制，从而带动抓取机构沿抓取孔缓慢试探性移动，最终抓取机构到达指定位置，完成抓取。

成功抓取待组装子镜模块后，机械臂按照预定规划路径将子镜模块搬运至指定位置，此后在手眼相机的引导下子镜模块以特定位姿逐渐接近组装平台。在六维力传感器的反馈信息下，对机械臂进行力闭环控制，从而带动子镜模块缓慢移动，最终完成子镜模块的定位。支撑转动平台转动到下一安装位置，完成下一子镜模块的安装。

本发明可以实现拼接镜的自动化组装，提高组装效率。与现有技术相比，本发明的视觉导航与力导航可以极大的提高安装精度。同时，在现有条件下，转台系统大大增加了机械臂的工作范围，降低了对机械臂工作范围的要求。

附图说明

图1为本发明所述的一种拼接镜的自动组装方法的流程图；

图2为本发明所述的一种拼接镜的自动组装系统结构示意图；

图3为本发明所述的一种拼接镜的自动组装系统结构中支撑转动平台的结构图。

图中：1、主控计算机，2、机器人计算机，3、机械臂，4、六维力传感器，5、末端抓取机构，6、抓捕子镜相机，7、安装子镜相机，8、抓捕子镜标志器，9、安装子镜标志器，10、支撑转动平台，11、子镜模块，12、限位开关，10-1、支撑平台，10-2、安装平台，10-3、子镜安装孔，10-4、轴承，10-5、涡轮，10-6、蜗杆，10-7、电机。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1至图3说明本实施方式，一种拼接镜的自动组装系统，包括组装机器人、视觉测量系统以及转台系统，所述组装机器人包括机械臂3、末端抓取机构5和六维力传感器4。所述视觉测量系统采用双目立体测量，由抓捕子镜相机6、安装子镜相机7、机器人计算机2、抓捕子镜标志器8和安装子镜标志器9组成。所述的转台系统包括主控计算机1和支撑转动平台10；

所述的末端抓取机构5、抓捕子镜相机6、安装子镜相机7安装于机械臂末端。所述的抓捕子镜标志器8安装于子镜模块11上，所述的安装子镜标志器9安装于支撑转动平台10上。所述抓捕子镜相机6和安装子镜相机7采集视觉信息传送到机器人计算机2，机器人计算机2根据视觉信息，产生机械臂控制指令，完成对机械臂3的实时控制，实现视觉闭环。

所述六维力传感器4安装于末端抓取机构5上，六维力传感器4用于获取六维力信息，通过解算获得调整量，再通过主控计算机1的指令对机械臂3进行实时控制，实现力闭环。

本实施方式中，所述支撑转动平台10包括支撑平台10-1、安装平台10-2、子镜安装孔10-3、轴承10-4、涡轮10-5、蜗杆10-6、电机10-7及光电开关，所述电机10-7的输出轴与蜗杆10-6连接并固定在支撑平台10-1底部，涡轮10-5与蜗杆10-6啮合，轴承10-4安装于支撑平台10-1，光电开关安装于安装子镜标志器9上,用于支撑转动平台的位置控制。

具体实施方式二、结合图1说明本实施方式，本实施方式为具体实施方式一所述的一种拼接镜的自动组装系统的组装方法，该方法具体为：

一、系统上电初始化，支撑转动平台10的电机归零，主控计算机1与机器人计算机2建立TCP连接；

二、子镜模块抓取；

机器人计算机2接收子镜抓取命令后，机械臂3按照路径规划程序从起始位置控制到子镜模块11存放处，此时子镜模块11的抓捕子镜标志器8进入抓捕子镜相机6视场，抓捕子镜相机6将目标位置坐标信息发送给机械臂3。根据实时坐标，机械臂3移动到目标位置，距离子镜10-15mm时，由视觉导航转换为力导航六维力传感器4引导机械臂3往子镜插孔轴向移动，当子镜模块11侧面碰到安放在末端抓取机构5安装座侧面的限位开关12后，机械臂3停止移动，末端抓取机构5胀紧抓取子镜模块11。

三、子镜模块安装

成功抓取待组装子镜模块11后，机械臂3按照预定规划路径将子镜模块11搬运至指定安装位置，此时安装子镜标志器9进入安装子镜相机7视场，安装子镜相机7将目标位置坐标信息发送给机械臂3。根据实时坐标，机械臂3移动到目标位置，在安装子镜相机7失效后，即：距离子镜安装孔10-15mm时六维力传感器4引导机械臂3完成子镜模块11的放置；

主控计算机1收到机器人计算机2的搬运完成命令后，控制支撑转动平台10转动至下一安装位置，机械臂3运动至下一待安装子镜位置，直到完成组装。

本实施方式中还可以包括锁紧机构，锁紧机构可固定设置在支撑平台10-1上，当机械臂3完成子镜模块11的放置后，可以通过锁紧机构定位锁紧，使其安装牢固。

Claims (5)

1.一种拼接镜的自动组装系统，包括组装机器人系统、视觉测量系统以及转台系统，其特征是；

所述组装机器人系统包括机器人计算机(2)、机械臂(3)、末端抓取机构(5)和六维力传感器(4)；

所述视觉测量系统采用双目立体测量，包括抓捕子镜相机(6)、安装子镜相机(7)、抓捕子镜标志器(8)和安装子镜标志器(9)；

所述转台系统包括主控计算机(1)和支撑转动平台(10)；

所述末端抓取机构(5)、抓捕子镜相机(6)和安装子镜相机(7)安装于机械臂(3)的末端，所述六维力传感器(4)安装于末端抓取机构(5)上；所述抓捕子镜标志器(8)安装于子镜模块(11)上，所述安装子镜标志器(9)安装于支撑转动平台(10)上；主控计算机(1)通过网络接口与机器人计算机(2)通信；

所述支撑转动平台(10)包括支撑平台(10-1)、安装平台(10-2)、子镜安装孔(10-3)、轴承(10-4)、涡轮(10-5)、蜗杆(10-6)、电机(10-7)及光电开关，所述电机(10-7)的输出轴与蜗杆(10-6)连接并固定在支撑平台(10-1)底部，涡轮(10-5)与蜗杆(10-6)啮合，轴承(10-4)安装于支撑平台(10-1)，光电开关安装于安装子镜标志器(9)上。

2.根据权利要求1所述的拼接镜的自动组装系统，其特征在于，所述抓捕子镜相机(6)和安装子镜相机(7)采集视觉信息传送到机器人计算机(2)，机器人计算机(2)根据视觉信息，产生机械臂控制指令，完成对机械臂的实时控制，实现视觉闭环。

3.根据权利要求1所述的拼接镜的自动组装系统，其特征在于，六维力传感器获取六维力信息，通过解算获得调整量，再通过主控计算机(1)的指令对机械臂(3)进行实时控制，实现力闭环。

4.根据权利要求1所述的一种拼接镜的自动组装系统的组装方法，该方法由抓取和安装两个过程实现，其特征是，该方法由以下步骤实现：

步骤一、主控计算机(1)向机器人计算机(2)发送子镜抓取的指令，所述机器人计算机(2)根据接收的子镜抓取指令，控制机械臂(3)到子镜模块(11)存放处，所述抓捕子镜标志器(8)进入抓捕子镜相机(6)视场，抓捕子镜相机(6)将子镜模块(11)存放位置信息发送给机器人计算机(2)，机械臂(3)根据实时坐标移动到子镜模块(11)存放位置；

当抓捕子镜相机(6)失效后，机械臂(3)根据六维力传感器(4)的反馈的信息向子镜模块(11)插孔轴向移动，当子镜模块(11)侧面碰到安放在末端抓取机构(5)安装座侧面的限位开关(12)后，机械臂(3)停止移动，末端抓取机构(5)胀紧抓取子镜模块(11)；

步骤二、机械臂(3)按照预定规划路径将子镜模块(11)运至安装位置，所述安装子镜标志器(9)进入安装子镜相机(7)的视场，安装子镜相机(7)将目标位置的坐标信息发送至机械臂(3)，机械臂(3)根据目标位置的实时坐标移动到所述目标位置，当安装子镜相机(7)失效后，所述机械臂(3)根据六维力传感器(4)反馈的信息完成子镜模块(11)的放置；

所述抓捕子镜相机(6)失效或安装子镜相机(7)失效具体指，机械臂(3)与子镜模块(11)或子镜安装孔的距离范围在10-15mm之间，抓捕子镜相机(6)或安装子镜相机(7)失效；

步骤三、主控计算机(1)接收机器人计算机(2)的搬运完成的指令后，控制支撑转动平台(10)转动至下一安装位置，同时机械臂(3)运动至下一待安装子镜位置，直到安装完成。

5.根据权利要求4所述的组装方法，其特征在于，在步骤一之前，还包括系统上电初始化，主控计算机(1)控制支撑转动平台(10)中的电机进行归零，主控计算机(1)与机器人计算机(2)建立TCP连接。