[發(fā)明專利]一種三自由度姿態(tài)調(diào)整裝置及方法

在審

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• 申請日: 2021-04-29
• 公開（公告）號: CN113119045A
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發(fā)明（設計）人: 李瀧杲;黃翔;李根;周蒯;王德重;孔盛杰;樓佩煌;錢曉明
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學;南京航空航天大學蘇州研究院
• 主分類號: B25H1/14
• 分類號: B25H1/14
• 代理公司: 蘇州國卓知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32331
• 代理人: 康進廣

1.一種三自由度姿態(tài)調(diào)整裝置，包括上層調(diào)姿臺(1)、下層平臺(2)、前驅(qū)動裝置、中驅(qū)動裝置、后驅(qū)動裝置、兩個測量單元和四個鎖緊機構(gòu)(3)，其特征在于：所述前驅(qū)動裝置包括前驅(qū)動裝置伺服電缸(5)、前驅(qū)動裝置安裝底座(4)、前驅(qū)動裝置活塞桿(7)、接頭、滑塊安裝座、前驅(qū)動裝置伺服電機(6)、前驅(qū)動裝置導軌(8)、第一導軌安裝板，所述中驅(qū)動裝置包括中驅(qū)動裝置伺服電缸(14)、中驅(qū)動安裝底座(15)、中驅(qū)動裝置活塞桿(12)、接頭、滑塊安裝座、中驅(qū)動裝置伺服電機(16)、中驅(qū)動裝置導軌(13)、第二導軌安裝板和靶標，所述后驅(qū)動裝置包括后驅(qū)動裝置電缸(19)、后驅(qū)動裝置安裝底座(17)、后驅(qū)動裝置活塞桿(20)、接頭、滑塊安裝座、后驅(qū)動裝置伺服電機(18)、后驅(qū)動裝置導軌(21)、第三導軌安裝板，每個所述測量單元均包括有相機(11)、激光位移傳感器(10)、測量單元安裝底板(9)；所述上層調(diào)姿臺(1)與前驅(qū)動裝置、中驅(qū)動裝置、后驅(qū)動裝置之間分別通過第一導軌安裝板、第二導軌安裝板和第三導軌安裝板連接，下層平臺(2)與前驅(qū)動裝置、中驅(qū)動裝置、后驅(qū)動裝置之間分別通過前驅(qū)動裝置安裝底座(4)、中驅(qū)動裝置安裝底座(15)和后驅(qū)動裝置安裝底座(17)連接；每個所述測量單元與上層調(diào)姿臺(1)之間均通過測量單元安裝底板(9)連接；每個所述鎖緊機構(gòu)(3)通過側(cè)邊擋板與下層平臺(2)連接；所述靶標為棋盤格標定板。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三自由度姿態(tài)調(diào)整裝置，其特征在于：所述前驅(qū)動裝置、中驅(qū)動裝置、后驅(qū)動裝置在初始狀態(tài)時，前驅(qū)動裝置活塞桿(7)和后驅(qū)動裝置活塞桿(20)均處于伸出狀態(tài)，伸出距離相等，為L_piston/2，L_piston為活塞桿伸出的最大距離，中驅(qū)動裝置的活塞桿伸出距離為0；所述前驅(qū)動裝置活塞桿(7)、中驅(qū)動裝置活塞桿(12)和后驅(qū)動裝置活塞桿(20)的一端均安裝有接頭，三個所述接頭的一側(cè)分部開設有第一接頭孔、第二接頭孔和第三接頭孔，初始狀態(tài)時第一接頭孔和第三接頭孔與第二接頭孔的距離均為L_joint。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三自由度姿態(tài)調(diào)整裝置，其特征在于：所述前驅(qū)動裝置導軌(8)和后驅(qū)動裝置導軌(21)均沿前后方向安裝，所述中驅(qū)動裝置導軌(13)沿左右方向安裝。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三自由度姿態(tài)調(diào)整裝置，其特征在于：所述前驅(qū)動裝置導軌(8)、中驅(qū)動裝置導軌(13)和后驅(qū)動裝置導軌(21)均與位置正對的滑塊安裝座滑動連接。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三自由度姿態(tài)調(diào)整裝置，其特征在于：所述第一接頭孔、第二接頭孔和第三接頭孔在初始狀態(tài)時位于同一直線上，所述第二接頭孔位于第一接頭孔和第三接頭孔之間的中心處。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三自由度姿態(tài)調(diào)整裝置，其特征在于：所述下層平臺(2)頂端的中心處設有基坐標系，所述基坐標系原點設置在第二接頭孔孔心，X軸與中驅(qū)動裝置導軌(13)垂直，Y軸與中驅(qū)動裝置導軌(13)平行。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三自由度姿態(tài)調(diào)整裝置，其特征在于：兩個所述激光位移傳感器(10)之間距離為L_sensor；所述靶標安裝于兩個相機(11)視場范圍內(nèi)，所述靶標與兩個相機(11)的距離均為L_target。

8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任意一條所述的一種三自由度姿態(tài)調(diào)整裝置的調(diào)整方法，其特征在于：所述上層調(diào)姿臺(1)具有三個運動自由度，包括前后移動、橫向移動和繞平臺中心轉(zhuǎn)動。

9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任意一條所述的一種三自由度姿態(tài)調(diào)整裝置的調(diào)整方法，其特征在于，具有以下步驟：

步驟一、

標定相機(11)與姿態(tài)調(diào)整裝置坐標系轉(zhuǎn)換關系將靶標置于相機(11)視場范圍內(nèi)，裝置進行以下六個動作，在每個動作后相機采集靶標圖像，并記錄姿態(tài)調(diào)整裝置位置，記為

a)中驅(qū)動裝置伸出20mm；

b)中驅(qū)動裝置伸出20mm；

c)中驅(qū)動裝置縮回40mm，前驅(qū)動裝置伸出20mm，后驅(qū)動裝置縮回20mm；

d)前驅(qū)動裝置縮回40mm，后驅(qū)動裝置伸出40mm；

e)前驅(qū)動裝置伸出30mm，后驅(qū)動裝置縮回30mm；

f)前驅(qū)動裝置縮回20mm，后驅(qū)動裝置伸出20mm；

步驟二、

提取上述六個動作后采集圖像的角點坐標，靶標坐標系定義在棋盤格左下角，橫向為Y軸，縱向為X軸，Z軸垂直于靶標平面，計算相機與靶標之間坐標系轉(zhuǎn)換關系

步驟三、

建立等式：

式中，i＝1，2，m，n＝1，…，6，利用TSAI-LENZ方法計算相機(11)與姿態(tài)調(diào)整裝置之間坐標系轉(zhuǎn)換關系；兩個測量單元的激光位移傳感器(10)測量靶標，分別獲取距離值D_sensor1和D_sensor2，計算前驅(qū)動裝置活塞桿(7)和后驅(qū)動裝置活塞桿(20)的驅(qū)動量絕對值

步驟四、

前驅(qū)動裝置活塞桿(7)和后驅(qū)動裝置活塞桿(20)動作分為兩種情況：如果D_sensor1≤D_sensor2，前驅(qū)動裝置活塞桿(7)和后驅(qū)動裝置活塞桿(20)縮回ΔD_piston；如果D_sensor1＞D_sensor2，前驅(qū)動裝置活塞桿(7)和后驅(qū)動裝置活塞桿(20)伸出ΔD_piston；

步驟五、

兩個測量單元的激光位移傳感器(10)繼續(xù)測量靶標，分別獲取新的距離值D_sensor1和D_sensor2，如果|D_sensor1-D_sensor2|≤δ_sensor，停止測量；如果|D_sensor1-D_sensor2|＞δ_sensor，重復步驟一和二；

步驟六、

兩個相機(11)采集靶標圖像，提取靶標角點坐標，獲得當前角點點集C_{2D_corner1}和C_{2D_corner2}，用PNP算法分別計算C_{2D_corner1}、C_{2D_corner2}與點集C_{2D_base}之間的轉(zhuǎn)換關系，T₁＝(ΔX₁ΔZ₁)與T₂＝(ΔX₂ ΔZ₂)；

步驟七、

前驅(qū)動裝置活塞桿(7)和后驅(qū)動裝置活塞桿(20)絕對值中驅(qū)動裝置活塞桿(12)驅(qū)動量絕對值