[發明專利]一種基于激光跟蹤儀的多軸孔自動化對準方法

有效

• 申請號: 201810939232.1
• 申請日: 2018-08-17
• 公開（公告）號: CN109093376B
• 公開（公告）日: 2020-04-03
• 發明（設計）人: 徐靜;陳懇;劉熾成;吳丹;宋立濱
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B23P19/12
• 分類號: B23P19/12
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廖元秋

本發明提出一種基于激光跟蹤儀的多軸孔自動化對準方法，屬于大型零部件裝配控制技術領域。該方法首先搭建由激光跟蹤儀，機械臂和計算機組成的多軸孔自動化對準系統，將帶軸部件安裝在機械臂端面；分別建立帶軸部件坐標系和帶孔部件坐標系，得到兩個坐標系間的旋轉矩陣和平移向量；在帶軸部件上安裝4個不共線的反射靶球，計算每個靶球對應的目標位置；獲取機械臂的初始的雅可比矩陣；從初始位置開始，通過迭代控制機械臂的運動，使得帶軸部件逐漸靠近帶孔部件，當4個反射靶球到達目標位置時，完成帶軸部件和帶孔部件的對準。本發明利用激光跟蹤儀的測量數據閉環控制機械臂的運動，可實現多軸孔高精度自動化對準，提高裝配效率和魯棒性。

技術領域

本發明屬于大型零部件裝配控制技術領域，尤其涉及一種基于激光跟蹤儀的多軸孔自動化對準方法。

背景技術

多軸孔連接是大型零部件裝配領域常用的一種裝配連接方式，待裝配的兩個零件一個具有多個孔，稱之為帶孔部件；另一個具有多個與孔對應的軸，稱之為帶軸部件。通過將帶軸部件上的多個軸插入帶孔部件上對應的孔里便可實現兩個零件的配合，然后再通過鎖緊螺母或銷釘等方式完成定位連接，從而完成裝配。

現有關于大型零部件的裝配主要由人工裝配完成，效率低下且裝配精度不高。基于機器人的大型零部件自動化裝配大部分停留在研究階段，尚未實用，而關于大型零部件多軸孔對齊的研究尚未見公開發表。

多軸孔自動化裝配可以分為兩個階段：粗定位階段和精定位階段。其中粗定位階段需完成軸孔的對準，精定位階段實現軸插入孔完成配合。

在大型零部件的自動化裝配過程中，一般采用激光跟蹤儀進行高精度測量，從而實現閉環控制。激光跟蹤儀是工業測量系統中一種高精度的大尺寸測量儀器。它集合了激光干涉測距技術、光電探測技術、精密機械技術、計算機及控制技術、現代數值計算理論等各種先進技術，對空間運動目標進行跟蹤并實時測量目標的空間三維坐標。

激光跟蹤儀的工作基本原理是在目標點上安置一個反射靶球，跟蹤頭發出的激光射到反射靶球，又返回到跟蹤頭，當目標移動時，跟蹤頭調整光束方向來對準目標。同時，返回光束為檢測系統所接收，用來測算目標的空間位置。

發明內容

本發明的目的是為克服已有技術的不足之處，提出一種基于激光跟蹤儀的多軸孔自動化對準方法。本發明利用激光跟蹤儀的測量數據閉環控制機械臂的運動，可實現多軸孔高精度自動化對準，提高裝配效率和魯棒性。

本發明提出一種基于激光跟蹤儀的多軸孔自動化對準方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

1)搭建多軸孔自動化對準系統；所述多軸孔自動化對準系統包括：一臺激光跟蹤儀，一個機械臂和一臺計算機；所述激光跟蹤儀與機械臂分別與計算機連接；

2)選取待對準的帶孔部件和帶軸部件，其中帶孔部件具有N個孔，帶軸部件具有N個軸，N大于等于3；令帶孔部件固定不動，將帶軸部件安裝在機械臂的端面，令當前位置為初始位置；

3)在帶孔部件中選取任意三個不共線的孔建立帶孔部件坐標系W₁；具體步驟如下：

3-1)在帶孔部件用于建立帶孔部件坐標系的三個孔的孔壁上，分別用激光跟蹤儀的球形反射靶球或T-Prob的測量頭上的球形紅寶石緊貼每個孔壁并利用激光跟蹤儀測量對應的球心坐標；測量時，每次選取孔壁上的一個點，每個孔壁上共測量P個不同點，P大于等于5，根據每個孔壁上選取的所有點的測量結果通過最小二乘法擬合對應孔壁的圓柱面，得到每個孔壁圓柱面的軸線即為對應孔的孔軸線，最終得到三個孔分別對應的軸線方程；