[發明專利]一種基于室內GPS和激光測距的飛機結構件位姿自動預對齊方法

有效

• 申請號: 202010577754.9
• 申請日: 2020-06-23
• 公開（公告）號: CN111687631B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 李瀧杲;黃翔;曾琪;李根;樓佩煌;錢曉明;陶克梅
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B23P19/10
• 分類號: B23P19/10;G01B11/00;G01S19/53
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 瞿網蘭

一種基于室內GPS和激光測距的飛機結構件位姿自動預對齊方法，其測量工具主要為室內GPS和激光測距傳感器，運動工具為全向運輸平臺，在承載定位器與結構件的全向運輸平臺安裝室內GPS接收器和激光測距傳感器，利用提出的位姿修正方法完成大尺寸轉站與初步對齊，隨后通過基于激光測距的位姿解算方法獲取全向運輸平臺的位姿，解算全向運輸平臺的運動量并驅動其調整以自動、快速地完成預對齊過程。本發明特點在于：1）將大型結構件轉站與粗對接結合，利用全向運輸平臺代替定位器進行位置調整，實現站位調整和位姿預對齊的高效同步完成；2）相對于激光跟蹤儀、激光雷達等測量設備引導的粗對接，受溫度、氣流、現場開敞性影響小；3）自動化程度高，使用范圍廣。

技術領域

本發明涉及一種測量輔助裝配技術。尤其是一種室內GPS和激光位移傳感器測量結構件位姿的方法，具體地說是一種基于室內GPS和激光測距的飛機結構件位姿自動預對齊方法。

背景技術：

測量輔助裝配技術是飛機大型結構件高精度對接的重要保障之一，日益發展的航空業促使其具備高效率、靈活性等特點。以往大型結構件轉運與調姿對接過程的銜接性差，且以人工方式進行大型結構件轉運和依賴數控定位器進行循環調姿，時間周期長。此外，激光跟蹤儀、激光雷達等測量設備用于調姿對接時對場所的開敞性要求高，設備站位調整費時費力。

因此，確有必要對現有技術進行改進以解決現有技術之不足。

發明內容：

本發明的目的是針對現有大型結構件轉站對接裝配的整體自動化程度低、靈活性差等缺點提供一種基于室內GPS和激光測距的飛機結構件位姿自動預對齊方法。

本發明的技術方案是：

一種基于室內GPS和激光測距的飛機結構件位姿自動預對齊方法，其特征在于：首先，將測量用的室內GPS接收器2和激光測距傳感器3安裝在全向運輸平臺1上；通過室內GPS2 獲取“運動構件-定位器-全向運輸平臺”的整體位姿，然后，使用位姿修正方法引導運動構件5向靜止構件6靠近，隨后通過激光測距系統獲取平面雙向相對距離，最后利用位姿解算方法分析得到整體位姿，解算全向運輸平臺1的運動量，從而引導運動構件5向靜止構件6進行準確定位。

具體步驟如下：

1)運動構件上架定位，定位器調整姿態與目標姿態大致相同，完成后鎖定定位器；

2)測量運動構件的特征點和調姿運輸平臺的控制點，并根據運動構件的目標位姿，計算全向運輸平臺的目標位姿；

運動構件上架且調整完畢后，運動構件特征點在當前時刻的測量數據為全向運輸平臺控制點的測量數據為運動構件特征點在全局坐標系下的目標位置為根據坐標轉換原理有：

其中，和為測量坐標系到全局坐標系的旋轉矩陣和平移向量。

依據解算得到的坐標轉換參數，全向運輸平臺控制點在全局坐標系下的目標位置為

3)測量室內GPS接收器，計算全向運輸平臺的位姿及其與理論軌跡的偏差，實時修正運動方向；

(a)位姿計算

依據接收器在測量坐標系和局部坐標系下的坐標值和確定測量坐標系與局部坐標系的轉換關系：

依據公共基準點在測量坐標系和全局坐標系下的坐標值和確定測量坐標系與全局坐標系的轉換關系：

全向運輸平臺的位姿通過幾何中心和運動方向來表示，其在局部坐標系下為C^local和 n^local。依據求解的測量坐標系、全局坐標系和局部坐標系的轉換關系，位姿在全局坐標系下為：