[發(fā)明專利]機器人承載平臺姿態(tài)的檢測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310216065.5
• 申請日: 2013-06-03
• 公開（公告）號: CN103307968B
• 公開（公告）日: 2016-11-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 秦現(xiàn)生;薛婷;王寧;王增翠;牛軍龍;王文杰;王戰(zhàn)璽;陳亞勝;任瑞敏;武俊強;譚小群;楊雪寶;白晶
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01B7/30
• 分類號: G01B7/30;G01B7/004;G01B7/02
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種檢測方法，特別是涉及一種機器人承載平臺姿態(tài)的檢測方法。

背景技術(shù)

在現(xiàn)代國防和民用生產(chǎn)制造技術(shù)中，常常需要把一個裝載測量設(shè)備的承載平臺精確地調(diào)整到要求的指定位置，以提高系統(tǒng)的工作性能，滿足生產(chǎn)加工零件的精度要求。如用于給某個指定區(qū)域制造人工降雨的發(fā)射固體碘化銀的火箭平臺，還有飛航導(dǎo)彈、戰(zhàn)術(shù)地空導(dǎo)彈以及戰(zhàn)斗火炮等的發(fā)射平臺等，姿態(tài)的找正對檢測系統(tǒng)本身的性能有著很大的影響。因此，承載平臺的調(diào)平找正，尤其是高精度承載平臺調(diào)平方法的研究就顯得刻不容緩。

隨著科學(xué)技術(shù)的進步，特別是各種光柵式、磁珊式、球珊式等光測量方法與傳感器技術(shù)的快速發(fā)展，測量手段更加多樣化和精密化，相比于傳統(tǒng)常用的檢測方法，四點調(diào)平算法，該方法雖然較為可靠，但存在靜不定的問題，且操作復(fù)雜繁瑣難以實現(xiàn)。針對該情況，本文提出一種基于三點平面法進行姿態(tài)的找正與調(diào)整，該方法控制精度更高，且實際操作簡單易行。

文獻“專利公開號是CN101957175A的中國發(fā)明專利”公開了一種基于三點微平面式法向檢測方法，該方法采用環(huán)形均布于測量機頭部的三個激光傳感器采集數(shù)據(jù)，根據(jù)激光點形成的微平面的大小控制精度。該方法的不足之處在于精度的提高依賴于微平面的無限縮小，而微平面縮小的有限性局限了該方法的精度。因為該方法中所用的激光傳感器不僅價格過于昂貴，且不能適應(yīng)油污、粉塵這樣的工作環(huán)境。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有檢測方法檢測精度低的不足，本發(fā)明提供一種機器人承載平臺姿態(tài)的檢測方法。該方法在機器人承載平臺的初始化位置設(shè)定一個世界坐標(biāo)系作為參考坐標(biāo)系，通過球柵尺以及球柵尺測量觸頭配合檢測動坐標(biāo)系相對世界坐標(biāo)系的二維坐標(biāo)（x，y），通過磁柵尺與靜磁珊源配合，通過磁柵尺上顯示的當(dāng)前磁珊源的高度反求機器人承載平臺的z坐標(biāo)和繞x、y兩個坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)角度變化值，通過采集磁珊源數(shù)據(jù)采集端數(shù)據(jù)獲得機器人承載平臺圍繞x軸旋轉(zhuǎn)的角度，通過磁珊源數(shù)據(jù)采集端數(shù)據(jù)獲得機器人承載平臺后仰的角度，及圍繞y軸旋轉(zhuǎn)的角度；繞水平面兩個軸旋轉(zhuǎn)的角度值經(jīng)過空間姿態(tài)變換運算求知在垂直地面方向位移的變化值。采集球珊尺測量觸頭端子數(shù)據(jù)，即為在世界坐標(biāo)系中O運動時間t后到O1位置水平面二維坐標(biāo)值的變化；計算移動后空間點A1、C1在世界坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；通過叉乘世界坐標(biāo)系下A1、C1點坐標(biāo)值，計算待測平面法向量N_Z。然后叉乘N_Z和世界坐標(biāo)系下O1A1即得O1C1方向，叉乘N_Z和O1C1即得O1A1方向。由于引入球柵尺、磁柵尺等非接觸式測量，可以提高測量精度。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種機器人承載平臺姿態(tài)的檢測方法，其特點是包括以下步驟：

第一步，在機器人承載平臺的初始化位置設(shè)置一個世界坐標(biāo)系作為參考坐標(biāo)系，在機器人承載平臺上任選三個點組成待測平面，該待測平面隨著機器人承載平臺的移動而發(fā)生姿態(tài)的變化，即為動坐標(biāo)系。設(shè)A、B、C分別是在機器人承載平臺任意取定的三個點，過C點做AB的垂線，垂足為O，以O(shè)為坐標(biāo)原點，OA、OC分別為x軸，z軸，坐標(biāo)系Oxyz即為初始化的動坐標(biāo)系。機器人承載平臺移動后的姿態(tài)用O1x1y1z1來表示。

第二步，在搭載機器人承載平臺的滑軌上安裝球柵尺4，在滑軌與承載平臺配合處安裝球柵尺測量觸頭3，球柵尺4與球柵尺測量觸頭3配合檢測動坐標(biāo)系相對世界坐標(biāo)系的二維坐標(biāo)（x，y）；垂直于水平面且垂直滑軌一側(cè)和垂直于水平面且平行滑軌一側(cè)各安裝一個磁柵尺1，機器人承載平臺中心安裝靜磁珊源5，通過磁柵尺1上顯示的當(dāng)前磁珊源5的高度反求機器人承載平臺此刻的z坐標(biāo)和繞x、y兩個坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)角度變化值。

第三步，采集平行滑軌方向安裝的磁珊源5數(shù)據(jù)采集端數(shù)據(jù)獲得機器人承載平臺圍繞x軸旋轉(zhuǎn)的角度，采集垂直滑軌放置的磁珊源5數(shù)據(jù)采集端數(shù)據(jù)獲得機器人承載平臺后仰的角度，及圍繞y軸旋轉(zhuǎn)的角度；繞水平面兩個軸旋轉(zhuǎn)的角度值經(jīng)過空間姿態(tài)變換運算求出在垂直地面方向位移的變化值。采集球珊尺測量觸頭3端子數(shù)據(jù)，即為在世界坐標(biāo)系中O運動時間t后到O1位置水平面二維坐標(biāo)值的變化。

第四步，通過三維坐標(biāo)測量儀獲取A、C點在世界坐標(biāo)系下的位置坐標(biāo)，該坐標(biāo)即為A1、C1在動坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，應(yīng)用空間復(fù)合變換和歐拉坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式，使用求解O1在世界坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)的計算方法，計算出A1、C1在世界坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式如下：