航天器设备自动准直测量系统、准直方法与测量方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于机器人与经纬仪相结合的航天器设备间姿态角度的准直测量系统，包括机器人、激光跟踪仪、激光跟踪靶标(T‑MAC)、机器人末端工装等，通过模式识别搜索到航天器设备上的被测基准立方镜，并计算出基准立方镜相对经纬仪的相位方位关系，激光跟踪仪用于标定各航天器设备的坐标系间相对方位关系并统一经纬仪在不同测量位置的测量结果到同一坐标系下，利用标定关系以及相对关系、引导激光跟踪仪实时跟踪机器人末端工装并建立两者相对关系，最后计算出航天器设备的姿态关系矩阵。本发明专利技术实现了实现不同设备之间姿态关系的自动化测量，测量效率可以达到每半分钟一项，测量精度优于30″，现场测量灵活度高，且便于异地建设及测量实施。

Automatic collimation measurement system, collimation method and measurement method for spacecraft equipment

The present invention discloses a kind of attitude angle alignment measuring system for spacecraft equipment robot and theodolite based on the combination of the robot, including laser tracker and laser target tracking (T MAC), at the end of the robot tooling, through pattern recognition search to the spacecraft equipment to be tested on the basis of cubic mirror, and calculate the the relationship between the relative phase azimuth theodolite reference cubic mirror, laser tracker is used to calibrate the spacecraft coordinate system of relative orientation relation and unified theodolite measurements on different position measurement results to the same coordinate system, using the calibration and relative relation, guide the laser tracker real-time tracking of robot tooling and establish relative relationship finally, calculate the relation matrix of equipment of spacecraft attitude. The invention realizes the automatic measurement of the relationship between different devices, and the measuring efficiency can reach every half minute. The measurement accuracy is better than 30 \, the field measurement flexibility is high, and it is convenient for off-site construction and measurement implementation.

【技术实现步骤摘要】
航天器设备自动准直测量系统、准直方法与测量方法
本专利技术属于工业测量
，具体涉及一种综合利用机器人、经纬仪、激光跟踪仪、视觉测量等设备的航天器设备间相对姿态关系的测量方法和装置，可以应用于以光学平面镜、立方镜为基准的设备间姿态角度的自动化测量。
技术介绍
在以航天器总装为代表的现代大型精密系统集成制造过程中，需要精密测量大量不同设备之间的相对姿态角度。需要高精密装配的设备的基准一般采用光学平面镜或光学立方镜，用立方镜或平面镜的法线代表设备的坐标轴指向。因此，测量设备之间的相对姿态角度，就是测量不同立方镜、平面镜法线之间的空间夹角。在测量
中，由于经纬仪具有较高的测角精度，当前航天器设备间相对姿态关系测量普遍采用经纬仪建站测量方法。即利用带有准直功能的高精度经纬仪如徕卡TM5100A等，分别准直待测的平面镜、立方镜，然后通过经纬仪之间的互瞄，利用经纬仪的码盘数值计算得到航天器设备的坐标轴之间的夹角。上述测量过程需要人工搬动，并且架设经纬仪与目标立方镜以实现准直及互瞄，为了满足现场的测量要求，一般需配备3-4台设备及3-4名测量人员。特别是对于大型航天器上分布更多的设备，由本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于机器人与经纬仪相结合的航天器设备间姿态角度的准直测量系统，包括机器人、激光跟踪仪、激光跟踪靶标(T‑MAC)、机器人末端工装、经纬仪、视觉搜索相机、辅助精对准相机、工控机和精密转台，用于准直航天器设备立方镜的经纬仪固定设置于机器人末端工装上，用于对被测产品成像的视觉搜索相机固定设置在经纬仪顶部，通过模式识别搜索到航天器设备上的被测基准立方镜，并计算出基准立方镜相对经纬仪的相位方位关系，引导经纬仪实现对被测立方镜面的自动化粗对准；辅助精对准相机用于引导经纬仪实现对被测立方镜面的自动化精对准，辅助精对准相机7通过工装固定在经纬仪的目镜位置；精密转台用于承载被测航天器设备，带动被测航天器设备绕自...

【技术特征摘要】
1.基于机器人与经纬仪相结合的航天器设备间姿态角度的准直测量系统，包括机器人、激光跟踪仪、激光跟踪靶标(T-MAC)、机器人末端工装、经纬仪、视觉搜索相机、辅助精对准相机、工控机和精密转台，用于准直航天器设备立方镜的经纬仪固定设置于机器人末端工装上，用于对被测产品成像的视觉搜索相机固定设置在经纬仪顶部，通过模式识别搜索到航天器设备上的被测基准立方镜，并计算出基准立方镜相对经纬仪的相位方位关系，引导经纬仪实现对被测立方镜面的自动化粗对准；辅助精对准相机用于引导经纬仪实现对被测立方镜面的自动化精对准，辅助精对准相机7通过工装固定在经纬仪的目镜位置；精密转台用于承载被测航天器设备，带动被测航天器设备绕自身竖直轴转动，并给出实际转动角度值θ，通过转动使被测航天器设备上的被测基准立方镜侧面法线指向经纬仪；其中，激光跟踪仪用于标定各航天器设备的坐标系间相对方位关系并统一经纬仪在不同测量位置的测量结果到同一坐标系下，其坐标系为全局坐标系，用OL-XLYLZL表示；利用激光跟踪仪标定其自身坐标系OL-XLYLZL与机器人基坐标系Ob-XbYbZb的关系、与转台坐标系Or-XrYrZr的关系，以及经纬仪坐标系Ot-XtYtZt与机器人末端坐标系Oh-XhYhZh的相对关系、与激光跟踪靶标(T-MAC)坐标系Oc-XcYcZc的相对关系；激光跟踪靶标(T-MAC)用于在机器人携带经纬仪的平移过程中，引导激光跟踪仪实时跟踪机器人末端工装并建立其自身坐标系Oc-XcYcZc与激光跟踪仪坐标系OL-XLYLZL的相对关系(RcL，TcL)，将经纬仪在不同测量位置的准直结果统一到全局坐标系下；工控机作为总控系统，向系统中其他测量部件发送控制指令，并采集其他测量部件每个的数据信息，最后计算出航天器设备的姿态关系矩阵。2.如权利要求1所述的准直测量系统，其中，工控机与经纬仪连接，读取经纬仪的水平角α和俯仰角β，并发出控制指令，使经纬仪精确准直被测反射镜面。3.如权利要求1所述的准直测量系统，其中，工控机与视觉搜索相机、辅助精对准相机连接，读取两相机的图像信息，并进行图像处理和计算；工控机与精密转台连接，向精密转台发出控制指令使转台转动，读取精密转台实际转动的角度θ。4.如权利要求1所述的准直测量系统，其中，工控机与机器人连接，向机器人发出控制指令使其带动经纬仪平移到目标位置。5.如权利要求1所述的准直测量系统，其中，精密转台带有自动调平功能可以实现自动调平，调平精度优于1″。6.如权利要求1-5任一项所述的准直测量系统，其中，机器人用于承载经纬仪在三维空间中进行平移，以携带经纬仪到达实现镜面准直所需的位置。7.如权利要求1所述的准直测量系统，其中，机器人有两个坐标系，一个是基坐标系用Ob-XbYbZb表示，另一个是末端坐标系Oh-XhYhZh表示，这两个坐标系之间转换关系(Rhb，Thb)由机器人自身提供。8.利用权利要求1-7任一项所述的测量装置进行航天器设备间姿态角度测量自动准直的方法，包括以下步骤：(1)根据待测设备分布情况及精密转台位置，确定机器人的机械臂及激光跟踪仪的布设位置；(2)将经纬仪固定在机器人末端工装上，并将经纬仪调水平；(3)对测量系统中的各测量部件进行标定，建立各测量部件间相对方位关系，使其组成整体系统，标定步骤如下：a)利用激光跟踪仪标定机械臂基坐标系Ob-XbYbZb与跟踪仪坐标系OL-XLYLZL间的相对位姿关系(RbL，TbL)；b)利用激光跟踪仪对精密转台上机械销孔点进行测量，建立转台坐标系Or-XrYrZr与激光跟踪仪坐标系OL-XLYLZL间的相对位姿关系(RrL，TrL)；c)结合a)b)两步标定结果，建立机器人基坐标系Ob-XbYbZb与转台坐标系Or-XrYrZr间相对位姿关系(Rrb，Trb)；d)通过激光跟踪仪与经纬仪同时对空间分布的3个以上的靶标点进行测量，利用后方交会法或公共点坐标系转换法，建立经纬仪坐标系Ot-XtYtZt与激光跟踪仪坐标系OL-XLYLZL之间相对位...

【专利技术属性】
技术研发人员：隆昌宇，万毕乐，杨再华，阮国伟，刘浩淼，胡瑞钦，张成立，闫荣鑫，陈畅宇，孟少华，郎冠卿，
申请(专利权)人：北京卫星环境工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11