[發明專利]一種運用機械手臂測量大型回轉體參數的方法及設備

有效

• 申請號: 202010639372.4
• 申請日: 2020-07-06
• 公開（公告）號: CN111795651B
• 公開（公告）日: 2021-12-28
• 發明（設計）人: 陳玉;韓波;許高齊;闞延鵬;劉莉;葛攀;丁慶東;李文薈
• 申請（專利權）人: 安徽工程大學
• 主分類號: G01B11/08
• 分類號: G01B11/08;G01B11/12;G01B11/24;G01B11/27;G01B11/06;G01B11/02
• 代理公司: 蕪湖思誠知識產權代理有限公司 34138
• 代理人: 項磊

1.一種運用機械手臂測量大型回轉體參數的方法,其特征在于：包括下列步驟：

步驟一、調整機器人(3)使安裝在所述機器人(3)末端的內激光位移傳感器(8)能伸入大型回轉體(2)內，建立原始工具坐標系，將內激光位移傳感器(8)的伸入方向作為原始工具坐標系的Z軸方向；

步驟二、將所述內激光位移傳感器(8)伸入大型回轉體(2)內中對所述大型回轉體(2)的內壁逐層掃描，采集截面數據和相應的姿態數據，經過二次擬合和歐拉角法計算出姿態調整量，以此對機器人(3)進行姿態調整；

步驟三、根據姿態調整量將原始工具坐標系轉化為調整后工具坐標系，再次將內激光位移傳感器(8)伸入大型回轉體(2)內逐層掃描，采集截面數據和相應的姿態數據；

步驟四、依據所述步驟三采集的數據通過圓擬合得到內截面圓，進而得出所述大型回轉體(2)的內徑和內圓圓度；

步驟五、對各個內截面圓的中心擬合得到大型回轉體(2)內孔軸線，進而得出大型回轉體(2)內孔的直線度。

2.根據權利要求1所述的一種運用機械手臂測量大型回轉體參數的方法,其特征在于：所述步驟二中二次擬合的具體步驟為：利用最小二乘法對掃描得到的截面數據進行橢圓擬合，在計算出各個橢圓的中心點，在對各個的中心點通過最小二乘法進行直線擬合得到空間直線。

3.根據權利要求2所述的一種運用機械手臂測量大型回轉體參數的方法,其特征在于：所述步驟二中得出姿態調整量的方法如下：設定所述原始工具坐標系的Z軸方向向量為[a,b,c]^T，記作向量將所述空間直線轉化得到方向向量記為有坐標系變換公式得：

其中R_ZYX為變換矩陣，其表達式為：

上式中α為Z軸對應的調整歐拉角,β為Y軸對應的調整歐拉角,γ為X軸對應的調整歐拉角,cosα簡寫為cα其他函數以此類推；

根據步驟二中擬合得到的空間直線的方程能計算出方向向量向量為已知的原始工具坐標系的Z軸方向向量，將二者代入公式(1)，結合公式(2)即可得到工具坐標系各坐標軸所需調整的歐拉角α，β，γ，即姿態調整量。

4.根據權利要求1所述的一種運用機械手臂測量大型回轉體參數的方法,其特征在于：所述步驟二和所述步驟三中逐層掃描的具體步驟為：通過上位機程序控制機器人(3)讓內激光位移傳感器(8)伸入大型回轉體(2)內一定距離實現等間距角旋轉掃描，待完成一組橢圓截面的截面數據采集后，再控制內激光位移傳感器(8)沿著工具坐標系的Z軸方向在大型回轉體(2)內作直線運動前進一定距離，然后完成下一組橢圓截面的截面數據采集，重復上述步驟以得到若干組截面數據。

5.根據權利要求1-4中任一項所述的一種運用機械手臂測量大型回轉體參數的方法,其特征在于：所述機器人(3)末端還安裝有外激光位移傳感器(9)，所述內激光位移傳感器(8)和所述外激光位移傳感器(9)分別設在所述大型回轉體(2)的內外兩側并能同步直線移動，所述步驟三中通過大型回轉體(2)外的外激光位移傳感器(9)對所述大型回轉體(2)的外壁進行截面數據采集；所述步驟四中同時對大型回轉體(2)外壁進行圓擬合得到外截面圓，進而得出所述大型回轉體(2)的外徑和外圓圓度，結合大型回轉體(2)的內徑計算出所述大型回轉體(2)厚度；所述步驟五中通過對各個外截面圓的中心擬合得到大型回轉體(2)外壁軸線，進而得出大型回轉體(2)外壁的直線度。

6.根據權利要求1所述的一種運用機械手臂測量大型回轉體參數的方法,其特征在于：所述步驟一在調整機器人(3)之前完成激光位移傳感器參數的校準；調整機器人(3)還要讓內激光位移傳感器(8)伸入所述大型回轉體(2)的位置到所述大型回轉體(2)的軸心的距離小于一定閾值，所述內激光位移傳感器(8)的伸入方向與所述大型回轉體(2)的軸線方向之間的夾角小于一定閾值。