[發(fā)明專利]基于大型龍門倒掛協(xié)作機(jī)械臂的三維全外形測(cè)量系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910286211.9
• 申請(qǐng)日: 2019-04-10
• 公開（公告）號(hào): CN110068286B
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂韞琦;朱前成;熊珍琦;韓維群;董李揚(yáng);尹鋒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航星機(jī)器制造有限公司
• 主分類號(hào): G01B11/24
• 分類號(hào): G01B11/24
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 陳鵬

1.基于大型龍門倒掛協(xié)作機(jī)械臂的三維全外形測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于：包括移動(dòng)桁架(1)、立柱(2)、可伸縮豎桿(3)、協(xié)作機(jī)械臂(4)、激光測(cè)量頭(5)、U型軌移動(dòng)車(6)、可升降旋轉(zhuǎn)支撐桿(7)、動(dòng)態(tài)跟蹤頭(8)、U型軌道(9)、平行長導(dǎo)軌(11)，用于供移動(dòng)桁架(1)兩端進(jìn)行橫向滑動(dòng)的兩段相同長度的平行長導(dǎo)軌(11)均由四根立柱(2)進(jìn)行支撐，用于供U型軌移動(dòng)車(6)進(jìn)行滑動(dòng)的U型軌道(9)兩側(cè)直線軌道段分別固定于兩段平行長導(dǎo)軌(11)下層，兩段平行長導(dǎo)軌(11)通過U型軌道(9)曲線軌道段相連，所述可伸縮豎桿(3)安裝于移動(dòng)桁架(1)上且于電機(jī)驅(qū)動(dòng)下縱向伸縮，所述協(xié)作機(jī)械臂(4)安裝于可伸縮豎桿(3)端頭并隨可伸縮豎桿(3)進(jìn)行伸縮，同時(shí)利用設(shè)置于協(xié)作機(jī)械臂(4)端頭的激光測(cè)量頭(5)進(jìn)行激光測(cè)量，所述U型軌移動(dòng)車(6)安裝于U型軌道(9)內(nèi)并且于電機(jī)驅(qū)動(dòng)下隨U型軌道(9)進(jìn)行滑動(dòng)，所述動(dòng)態(tài)跟蹤頭(8)安裝于可升降旋轉(zhuǎn)支撐桿(7)端頭，可升降旋轉(zhuǎn)支撐桿(7)安裝端連接于U型軌移動(dòng)車(6)上且隨U型軌移動(dòng)車(6)移動(dòng)帶動(dòng)動(dòng)態(tài)跟蹤頭(8)進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤；

其中，所述激光測(cè)量頭(5)、動(dòng)態(tài)跟蹤頭(8)工作模式包括示教模式及自動(dòng)測(cè)量模式，在同次測(cè)量過程中，激光測(cè)量頭(5)、動(dòng)態(tài)跟蹤頭(8)工作模式相同；

所述協(xié)作機(jī)械臂(4)與激光測(cè)量頭(5)連接處安裝有六維力傳感器(15)，對(duì)測(cè)量過程中機(jī)械臂受力進(jìn)行測(cè)量，當(dāng)機(jī)械臂受力超過碰撞限定閾值時(shí)，停止測(cè)量，其中，所述碰撞限定閾值為2N-15N；

所述立柱(2)數(shù)量為8根，定位桿安裝間距為1m～4m；

還包括協(xié)同控制工作站(14)，所述協(xié)同控制工作站(14)根據(jù)用戶需求通過控制可伸縮豎桿(3)伸縮狀態(tài)及協(xié)作機(jī)械臂(4)的姿態(tài)，同時(shí)控制U型軌移動(dòng)車(6)滑動(dòng)位置、可升降旋轉(zhuǎn)支撐桿(7)的升降高度。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于大型龍門倒掛協(xié)作機(jī)械臂的三維全外形測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于：所述示教模式為：通過手工拖動(dòng)方式帶動(dòng)協(xié)作機(jī)械臂(4)及移動(dòng)桁架(1)，并調(diào)節(jié)可伸縮豎桿(3)對(duì)被測(cè)物進(jìn)行掃描，將六維力傳感器(15)實(shí)時(shí)測(cè)量的機(jī)械臂末端受力及力矩、協(xié)作機(jī)械臂(4)自帶的示教器實(shí)時(shí)測(cè)量的協(xié)作機(jī)械臂(4)姿態(tài)數(shù)據(jù)均發(fā)送至協(xié)同控制工作站(14)，所述協(xié)同控制工作站(14)解算后生成測(cè)量路徑后，轉(zhuǎn)換為自動(dòng)測(cè)量模式實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于大型龍門倒掛協(xié)作機(jī)械臂的三維全外形測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于：還包括被測(cè)運(yùn)載AGV平臺(tái)，所述被測(cè)運(yùn)載AGV平臺(tái)包括被測(cè)物，運(yùn)載AGV(12)、定位桿(13)，所述被測(cè)物安裝于運(yùn)載AGV(12)上，用于對(duì)被測(cè)物進(jìn)行定位的定位桿(13)圍繞被測(cè)物均勻排布于運(yùn)載AGV(12)上，對(duì)被測(cè)物開始測(cè)試時(shí)，運(yùn)載AGV(12)將被測(cè)物帶入指定位置并進(jìn)行激光測(cè)量及動(dòng)態(tài)跟蹤。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于大型龍門倒掛協(xié)作機(jī)械臂的三維全外形測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于：所述定位桿(13)由定位桿三角體組合構(gòu)成，所述定位桿三角體包括20°三角體(17)、40°三角體(18)、60°三角體(19)、80°三角體(20)，按角度由小到大排列成一個(gè)三角體組合。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于大型龍門倒掛協(xié)作機(jī)械臂的三維全外形測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于：所述定位桿三角體個(gè)數(shù)根據(jù)被測(cè)物高度選定。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于大型龍門倒掛協(xié)作機(jī)械臂的三維全外形測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于：所述20°三角體(17)、40°三角體(18)、60°三角體(19)、80°三角體(20)的等腰面均貼附定位點(diǎn)，定位點(diǎn)在每個(gè)等腰面的粘貼位置隨機(jī)分布，且被測(cè)物上不貼附定位點(diǎn)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于大型龍門倒掛協(xié)作機(jī)械臂的三維全外形測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于：所述20°三角體(17)、40°三角體(18)、60°三角體(19)、80°三角體(20)材質(zhì)為碳纖維。

8.基于大型龍門倒掛協(xié)作機(jī)械臂的三維全外形測(cè)量方法，其特征在于步驟如下：

(a)被測(cè)物到達(dá)指定位置后，利用協(xié)同控制工作站(14)向移動(dòng)桁架(1)起/停指令，控制移動(dòng)桁架(1)移動(dòng)至合適測(cè)量位姿，記錄移動(dòng)桁架(1)移動(dòng)位置；

(b)由人工拖動(dòng)示教方式對(duì)協(xié)作機(jī)械臂(2)進(jìn)行拖動(dòng)，同時(shí)控制可伸縮豎桿(3)伸縮至一定長度，通過協(xié)作機(jī)械臂(2)自帶的示教器記錄測(cè)量過程中可伸縮豎桿(3)伸縮長度、協(xié)作機(jī)械臂(2)姿態(tài)及拖動(dòng)力大小及協(xié)作機(jī)械臂(2)的測(cè)量軌跡；

(c)利用協(xié)同控制工作站(14)向第二全方位移動(dòng)平臺(tái)(6)發(fā)送X、Y向方向及姿態(tài)命令起/停指令，控制U型軌移動(dòng)車(6)移動(dòng)至測(cè)量位置，同時(shí)調(diào)整動(dòng)態(tài)跟蹤頭(8)位姿及可升降旋轉(zhuǎn)支撐桿(7)高度并開始測(cè)量；

(d)將步驟(b)、步驟(c)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，改變協(xié)作機(jī)械臂(2)、動(dòng)態(tài)跟蹤頭(8)的測(cè)量位置及掃描視野范圍，獲取測(cè)量路徑后，結(jié)束示教模式并進(jìn)入自動(dòng)測(cè)量模式，進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量直至獲取被測(cè)物全部輪廓掃描數(shù)據(jù)。