[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(guó)航天科技專利中心 11009
• 代理人: 陳鵬

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，針對(duì)大尺寸異性結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，由大型AGV平臺(tái)將被測(cè)物運(yùn)送至指定位置，于被測(cè)物兩側(cè)設(shè)置多角度定位桿，同時(shí)通過雙層三軸龍門架電氣結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)物的激光掃描及動(dòng)態(tài)跟蹤，可以對(duì)大型異型結(jié)構(gòu)被測(cè)物進(jìn)行高精度掃描，掃描自由度高，測(cè)量準(zhǔn)確。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及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，屬于測(cè)量機(jī)械臂技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

測(cè)量機(jī)器人作為工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用的一個(gè)重要分支，它的研究貫穿了光學(xué)測(cè)量學(xué)、機(jī)械學(xué)、機(jī)械力學(xué)、電子學(xué)、材料學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)以及機(jī)器人學(xué)等諸多領(lǐng)域，已經(jīng)成為了國(guó)際機(jī)器人領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。目前，測(cè)量機(jī)器人已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到逆向工程、文物掃描、精密配套裝配等方面，這不僅促進(jìn)了測(cè)量學(xué)的發(fā)展，也帶動(dòng)了相關(guān)領(lǐng)域的新技術(shù)和新理論的發(fā)展。

在研發(fā)過程中，第一種常見測(cè)量方式，現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)結(jié)構(gòu)加兩自由度旋轉(zhuǎn)激光測(cè)量頭結(jié)構(gòu)需要高精度導(dǎo)軌，高精度導(dǎo)軌價(jià)格相當(dāng)昂貴，難以普遍推廣應(yīng)用，特別是大尺寸被測(cè)物的外形測(cè)量；同時(shí)，不能應(yīng)對(duì)復(fù)雜異形結(jié)構(gòu)的測(cè)量，現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)結(jié)構(gòu)加兩自由度旋轉(zhuǎn)激光測(cè)量頭結(jié)構(gòu)，激光測(cè)量頭只有五個(gè)自由度，不能應(yīng)對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)被測(cè)物的測(cè)量。第二種常見測(cè)量方式，現(xiàn)有六自由度機(jī)械臂攜載激光掃描頭，利用被測(cè)物上定位點(diǎn)測(cè)量，由于機(jī)械臂工作空間有限，這種測(cè)量方式難以應(yīng)對(duì)大尺寸被測(cè)物的測(cè)量；其次，需要在被測(cè)物上進(jìn)行定位點(diǎn)貼附，測(cè)量效率低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：針對(duì)目前現(xiàn)有測(cè)量機(jī)器人技術(shù)中容易出現(xiàn)的價(jià)格昂貴、對(duì)復(fù)雜異性結(jié)構(gòu)難以進(jìn)行測(cè)量、激光掃描與定位自由度差等問題，提出了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。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題是通過如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)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)，包括移動(dòng)桁架、立柱、可伸縮豎桿、協(xié)作機(jī)械臂、激光測(cè)量頭、U型軌移動(dòng)車、可升降旋轉(zhuǎn)支撐桿、動(dòng)態(tài)跟蹤頭、U型軌道、平行長(zhǎng)導(dǎo)軌，用于供移動(dòng)桁架兩端進(jìn)行橫向滑動(dòng)的兩段相同長(zhǎng)度的平行長(zhǎng)導(dǎo)軌均由四根立柱進(jìn)行支撐，用于供U型軌移動(dòng)車進(jìn)行滑動(dòng)的U型軌道兩側(cè)直線軌道段分別固定于兩段平行長(zhǎng)導(dǎo)軌下層，兩段平行長(zhǎng)導(dǎo)軌通過U型軌道曲線軌道段相連，所述可伸縮豎桿安裝于移動(dòng)桁架上且于電機(jī)驅(qū)動(dòng)下縱向伸縮，所述協(xié)作機(jī)械臂安裝于可伸縮豎桿端頭并隨可伸縮豎桿進(jìn)行伸縮，同時(shí)利用設(shè)置于協(xié)作機(jī)械臂端頭的激光測(cè)量頭進(jìn)行激光測(cè)量，所述U型軌移動(dòng)車安裝于U型軌道內(nèi)并且于電機(jī)驅(qū)動(dòng)下隨U型軌道進(jìn)行滑動(dòng)，所述動(dòng)態(tài)跟蹤頭安裝于可升降旋轉(zhuǎn)支撐桿端頭，可升降旋轉(zhuǎn)支撐桿安裝端連接于U型軌移動(dòng)車上且隨U型軌移動(dòng)車移動(dòng)帶動(dòng)動(dòng)態(tài)跟蹤頭進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤。

所述協(xié)作機(jī)械臂與激光測(cè)量頭連接處安裝有六維力傳感器，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。

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

所述激光測(cè)量頭、動(dòng)態(tài)跟蹤頭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、動(dòng)態(tài)跟蹤頭工作模式相同。

所述示教模式為：通過手工拖動(dòng)方式帶動(dòng)協(xié)作機(jī)械臂及移動(dòng)桁架，并調(diào)節(jié)可伸縮豎桿對(duì)被測(cè)物進(jìn)行掃描，將六維力傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量的機(jī)械臂末端受力及力矩、協(xié)作機(jī)械臂自帶的示教器實(shí)時(shí)測(cè)量的協(xié)作機(jī)械臂姿態(tài)數(shù)據(jù)均發(fā)送至協(xié)同控制工作站，所述協(xié)同控制工作站解算后生成測(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。

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、定位桿，所述被測(cè)物安裝于運(yùn)載AGV上，用于對(duì)被測(cè)物進(jìn)行定位的定位桿圍繞被測(cè)物均勻排布于運(yùn)載AGV上，對(duì)被測(cè)物開始測(cè)試時(shí)，運(yùn)載AGV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。