[發明專利]用于導彈艙段增強現實輔助裝配的柔性配合系統及監測方法

有效

• 申請號: 202010418447.6
• 申請日: 2020-05-18
• 公開（公告）號: CN111618550B
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 楊旭;楊長祺;尹旭悅;金永喬;范秀敏
• 申請（專利權）人: 上海交通大學;上海航天精密機械研究所
• 主分類號: B23P19/00
• 分類號: B23P19/00;B25B27/00;G01C11/00
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

1.一種用于導彈艙段增強現實輔助裝配的柔性配合系統，其特征在于，包括：徑向開合機構、垂直升降機構、軸向滑動機構、固定調節機構、標定參照調節機構和多個視覺傳感器，其中：徑向開合機構控制系統Y軸方向運動，垂直升降機構控制系統Z軸方向運動，調整徑向開合機構和垂直升降機構以適應不同直徑的導彈艙段，軸向滑動機構控制系統X軸方向運動以調整與導彈艙段的軸向相對位置，視覺傳感器設置于固定調節機構上以采集導彈艙段的裝配過程要素信息，標定參照調節機構設置于徑向開合機構上并隨之運動以輔助生成AR裝配信息；

所述的裝配過程要素信息包括：導彈艙段裝配過程中的零件識別、零件到位信息和裝配動作檢測信息；

所述的徑向開合機構包括：滾輪支撐架、直線導軌、正反絲桿和伺服電機，其中：伺服電機為正反絲桿提供動能以帶動滾輪支撐架在直線導軌上反向滑動；

所述的垂直升降機構包括：垂直絲桿、導柱導套組件和伺服電機，其中：伺服電機為垂直絲桿提供動能并由導柱導套組件導向帶動系統垂直運動；

所述的固定調節機構包括：相機夾持架、縱向立桿和水平橫桿，其中：相機夾持架設置于水平橫桿上并沿水平橫桿移動，縱向立桿與水平橫桿相互配合。

2.根據權利要求1所述的系統，其特征是，所述的視覺傳感器包括：零件識別視覺傳感器和零件到位檢測及裝配動作檢測視覺傳感器，均沿固定調節機構的水平橫桿和縱向立桿運動，實現兩自由度調節并采集信息。

3.一種根據權利要求1或2所述系統的監測方法，其特征在于，運用圖像采集算法處理艙段截面圖像，即對導彈艙段進行CAD建模并提取三維包圍盒，獲取導彈艙段CAD模型投影，結合采集現場圖像并計算獲取的標記位姿矩陣得到強梯度圖像的優勢方向模板圖像特征，再進行圖像特征匹配，計算初始偏移矩陣和投影殘差，對參數進行優化，最終獲取最優偏移矩陣后確定標定相對位置參數，選取多個視覺傳感器視角進行多次標定，獲取最優相對位置參數，實現系統與導彈艙段的精確標定。

4.根據權利要求3所述的監測方法，其特征是，具體包括以下步驟：

1)根據導彈艙段參數以及裝配的不同階段設計適用的增強現實輔助裝配的跟蹤標記，并在確定的裝配階段將設計的相應跟蹤標記固定在系統上；

2)在合適距離d₀處利用所述圖像采集算法近距離采集增強現實標記與導彈艙段截面的現場圖像I_c，保證相機視野中的跟蹤標記完整，采用輔助照明設備和背景板保證充足的光照；

3)識別現場圖像中的增強現實跟蹤標記，獲取相機與跟蹤標記之間的六維位姿關系，得到跟蹤標記位姿矩陣T_M；

4)在虛擬環境下，提取導彈艙段對應的CAD模型的三維包圍盒，選擇CAD模型3D-BBX上每一個面，利用位姿矩陣T_M在虛擬環境世界坐標系下進行投影，并經與現場圖像進行疊加和感興趣區域分割，得到模版圖像{I_t1,I_t2,I_t3,I_t4,I_t5,I_t6}；

5)對現場圖像I_c和模版圖像{I_t1,I_t2,I_t3,I_t4,I_t5,I_t6}分別提取圖像特征，并根據強梯度圖像的優勢方向模板特征進行圖像匹配，計算跟蹤標記與現場導彈艙段的初始偏移矩陣T_Or；

6)在跟蹤標記位姿矩陣T_M的基礎上，利用初始偏移矩陣T_Or，對艙段CAD模型進行重投影，計算模型與導彈艙段實物的投影殘差，優化偏移矩陣T_Or，使模型投影與艙段實物完全重合，獲取最優偏移矩陣T_O0；

7)在不同距離{d₁，d₂，…，d_n}上重復上述步驟，得到多個偏移矩陣{T_O1，T_O2，…，T_On}，并通過全局優化獲取最優的偏移矩陣T_O；

所述的視覺傳感器和跟蹤標記在裝配過程中與導彈艙段保持相對靜止，當標定后發生相對運動需要重新標定。