一种部件间高精度自动对接的位姿检测方法技术

本发明专利技术公开了一种部件间高精度自动对接的位姿检测方法。该部件间高精度自动对接的位姿检测方法包括：获取第一对接部件表面上的第一待测标志物的坐标；获取第二对接部件表面上的第二待测标志物的坐标；获取第一对接部件的螺栓与螺孔的位姿对应的第一位姿引出部件的第一参考标志物的坐标；获取第二对接部件的螺栓与螺孔的位姿对应的第二位姿引出部件的第二参考标志物的坐标；确定第一参考标志物相对于第一待测标志物的位姿；确定第二参考标志物相对于第二待测标志物的位姿；确定第一对接部件和第二对接部件的位姿差。根据本发明专利技术的部件间高精度自动对接的位姿检测方法，可以解决现有技术中部件间对接速度慢，操作复杂的问题。

A pose detection method for high precision automatic docking between components

The invention discloses a position and posture detection method for high-precision automatic docking between components. The position and attitude detection method of the high precision automatic docking among the parts includes obtaining the coordinates of the first test sign on the surface of the first docking part; obtaining the coordinates of the second waiting marks on the surface of the second butt parts; and obtaining the first reference of the first position and orientation of the first position of the bolt and the screw hole of the first docking part. The coordinates of the sign examination; the coordinates of the second reference mark of the second position elicited part of the bolt and the position of the screw hole of the second butt part; determine the position of the first reference marker relative to the first test sign; determine the position of the second reference marker relative to the second waiting marker; determine the first pair. The position and posture of the connecting part and the second butt part are poor. According to the position and posture detection method of the high-precision automatic docking between parts of the invention, the problem of slow docking speed and complicated operation among components in the existing technology can be solved.

【技术实现步骤摘要】
一种部件间高精度自动对接的位姿检测方法
本专利技术涉及舱段大部段位姿高精度检测
，具体而言，涉及一种部件间高精度自动对接的位姿检测方法。
技术介绍
在航空航天和船舶制造等领域，飞机、火箭和潜艇等装备的外形尺寸大、涉及部件和舱段多、结构轻薄易变形，并且各舱段往往由多家单位分段建造，再在总装厂进行整体协同对接。将分离的舱段对接成一个整体，这些大部件和舱段的对接是其中的重要环节，是技术难度大、涉及领域多的复杂工程。以往大多依靠人工手动操作完成，即先将各部件分别置于托架或者拖车平台上，然后根据各部件的结合面上不同位置处的螺栓和螺孔，依靠若干工人推动其中一个部件缓慢接近另一个部件，并通过不断观测和反复调整螺栓、螺孔的相对位置，完成部件的对准插入操作。显然，上述人工手动对接方式存在很多难以克服的问题，例如：1)人眼从侧面观测螺栓和螺孔的位置，得到的位置偏差不够准确；2)观测人员只能给出一个调整方向和大致的调整值，需要反复调整才能达到对准，效率低；3)对操作人员的技术要求较高，操作人员的错误调整指令可能会对部件造成损坏。由此可以看出，人工方式无法满足大型机械部件对接的高速、高精度、高可靠性需求。近年来，已有一些研究人员开始研究大型机械部件的对接。如易旺民等采用激光跟踪仪实现大型舱段对接中的水平对接(期刊：计算机集成制造系统；出版年月：2015年9月；题目：大型舱段对接中的水平对接技术；页码：2354-2360)，该方法较为成熟，可以实现舱段位姿的高精度测量，但此方法有如下两个缺点：1)激光跟踪仪价格十分昂贵，使得该方案成本较高，无法进行大范围推广；2)该方法需要在部件上设置球形的靶标，使用起来不方便。专利号CN105015800A设计的舱段对接系统采用激光跟踪仪测量舱段位姿，同样存在上述激光跟踪仪的缺点。邹伟金应用双目视觉实现刚体自动对接(学位论文题目：基于双目视觉的刚体自动对接系统的研究；保存地点：江西省南昌市；保存单位：南昌大学物理系；答辩年份：2011年)，即采用双目检测调整刚体对接面圆心的三维坐标，通过与已知的基准刚体对接面圆心坐标比较，得到三个轴方向的调整量。上述双目测量方法实现对接的方案存在如下几个问题：1)由于仅测出刚体部件对接面中心点的三维位置坐标只能保证两部件位置对齐，在部件横滚、俯仰和偏航三个姿态无法精确对齐的前提下，对接难以实现；2)由于双目视场区域较小的限制，该方法难以对体量较大的部件实施高精度的测量。以上分析表明，现有的方法无法满足价格适中、高精度、操作简便的舱段大部段位姿测量需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种部件间高精度自动对接的位姿检测方法，以解决现有技术中部件间对接速度慢，操作复杂的问题。根据本专利技术的一个方面，提供了一种部件间高精度自动对接的位姿检测方法，包括：获取第一对接部件表面上的第一待测标志物的坐标；获取第二对接部件表面上的第二待测标志物的坐标；获取第一对接部件的螺栓与螺孔的位姿对应的第一位姿引出部件的第一参考标志物的坐标；获取第二对接部件的螺栓与螺孔的位姿对应的第二位姿引出部件的第二参考标志物的坐标；确定第一参考标志物相对于第一待测标志物的位姿；确定第二参考标志物相对于第二待测标志物的位姿；确定第一对接部件和第二对接部件的位姿差。优选地，获取第一对接部件表面上的第一待测标志物的坐标的步骤之前还包括：在第一对接部件表面上设置第一待测标志物；在第一位姿引出部件的正对相机的一侧设置第一参考标志物，第一参考标志物用于引出第一对接部件上的螺栓与螺孔的位姿；在第二对接部件表面上设置第二待测标志物，其中第二待测标志物与第一待测标志物的ID不同；在第二位姿引出部件的正对相机的一侧设置第二参考标志物，第二参考标志物用于引出第二对接部件上的螺栓与螺孔的位姿；将第一位姿引出部件对准第一对接部件插入；将第二位姿引出部件对准第二对接部件插入；将第一对接部件和第二对接部件进行对接。优选地，位姿检测方法还包括：通过两个CCD相机建立双目视觉测量系统；根据所建立的双目视觉测量系统确定第一待测标志物和第二待测标志物的坐标系；根据所确定的第一待测标志物和第二待测标志物的坐标系确定第一对接部件和第二对接部件的位姿偏差。优选地，根据所确定的第一待测标志物和第二待测标志物的坐标系确定第一对接部件和第二对接部件的位姿偏差的步骤包括：建立第一待测标志物的坐标系；确定第一待测标志物的坐标系在相机坐标系下的第一待测位姿；确定第一参考标志物的坐标系在相机坐标系下的第一参考位姿；确定第一参考标志物的坐标系在第一待测标志物的坐标系下的位姿；建立第二待测标志物的坐标系；确定第二待测标志物的坐标系在相机坐标系下的第二待测位姿；确定第二参考标志物的坐标系在相机坐标系下的第二参考位姿；确定第二参考标志物的坐标系在第二待测标志物的坐标系下的位姿；确定第一对接部件和第二对接部件之间的位姿差。优选地，建立第一待测标志物的坐标系的步骤包括：通过双目视觉测量系统确定第一待测标志物的三个角点a、b、c在相机坐标系下的三维空间坐标；以第一待测标志物的角点连线作ab为X轴方向，以第一待测标志物的角点连线ac作为Y轴方向，由右手定则确定坐标系Z轴方向；根据确定的X轴方向和Z轴方向反推Y轴方向，建立坐标系。优选地，第一待测标志物为aruco标志码。优选地，获取第一对接部件的螺栓与螺孔的位姿对应的第一位姿引出部件的第一参考标志物的坐标的步骤包括：在第一对接部件的螺栓与螺孔位置设置与第一位姿引出部件的坐标相对应的参照物；确定第一参考标志物相对于参照物的坐标；确定螺栓与螺孔相对于参照物的坐标；确定第一参考标志物相对于螺栓与螺孔的相对位姿。建立第一待测标志物的坐标系的步骤包括：对第一对接部件上的不同标记点进行标号；对该第一对接部件的位姿进行实时测量；获取不同时刻的各个标记点的状态变化；对各个标记点进行匹配，确定各个标记点在不同时刻所处位置。优选地，第一对接部件上的不同标记点是指设置在同一标记点位置的第一椭圆和第二椭圆。优选地，获取不同时刻的各个标记点的状态变化是指获取标记点椭圆大小变化。优选地，标记点椭圆大小变化是采用立体视觉的方法检测获取。优选地，对第一对接部件和第二对接部件进行编码，编码方法包括：在第一对接部件和第二对接部件上随机设置三组标记点，三组标记点形成三角形；通过立体视觉检测第一对接部件和第二对接部件上的各组标记点，根据检测结果对第一对接部件和第二对接部件进行编码。优选地，在通过立体视觉检测各个曲面刚体上的各组标记点时，根据检测到的标记点数据建立数据库。优选地，三组标记点的椭圆长轴各不相同。本专利技术的部件间高精度自动对接的位姿检测方法，包括：获取第一对接部件表面上的第一待测标志物的坐标；获取第二对接部件表面上的第二待测标志物的坐标；获取第一对接部件的螺栓与螺孔的位姿对应的第一位姿引出部件的第一参考标志物的坐标；获取第二对接部件的螺栓与螺孔的位姿对应的第二位姿引出部件的第二参考标志物的坐标；确定第一参考标志物相对于第一待测标志物的位姿；确定第二参考标志物相对于第二待测标志物的位姿；确定第一对接部件和第二对接部件的位姿差。本专利技术采用高精度的位姿引出部件引出螺栓、螺孔的位姿，提高了测量精度。由于采用了高精度位姿引出部件将螺栓、螺孔的位姿引出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种部件间高精度自动对接的位姿检测方法，其特征在于，包括：获取第一对接部件(1)表面上的第一待测标志物(3)的坐标；获取第二对接部件(2)表面上的第二待测标志物(4)的坐标；获取第一对接部件(1)的螺栓与螺孔的位姿对应的第一位姿引出部件(5)的第一参考标志物的坐标；获取第二对接部件(2)的螺栓与螺孔的位姿对应的第二位姿引出部件(6)的第二参考标志物的坐标；确定第一参考标志物相对于第一待测标志物(3)的位姿；确定第二参考标志物相对于第二待测标志物(4)的位姿；确定第一对接部件(1)和第二对接部件(2)的位姿差。

【技术特征摘要】
1.一种部件间高精度自动对接的位姿检测方法，其特征在于，包括：获取第一对接部件(1)表面上的第一待测标志物(3)的坐标；获取第二对接部件(2)表面上的第二待测标志物(4)的坐标；获取第一对接部件(1)的螺栓与螺孔的位姿对应的第一位姿引出部件(5)的第一参考标志物的坐标；获取第二对接部件(2)的螺栓与螺孔的位姿对应的第二位姿引出部件(6)的第二参考标志物的坐标；确定第一参考标志物相对于第一待测标志物(3)的位姿；确定第二参考标志物相对于第二待测标志物(4)的位姿；确定第一对接部件(1)和第二对接部件(2)的位姿差。2.根据权利要求1所述的位姿检测方法，其特征在于，所述获取第一对接部件(1)表面上的第一待测标志物(3)的坐标的步骤之前还包括：在第一对接部件(1)表面上设置第一待测标志物(3)；在第一位姿引出部件(5)的正对相机的一侧设置第一参考标志物，所述第一参考标志物用于引出第一对接部件(1)上的螺栓与螺孔的位姿；在第二对接部件(2)表面上设置第二待测标志物(4)，其中第二待测标志物(4)与第一待测标志物(3)的ID不同；在第二位姿引出部件(6)的正对相机的一侧设置第二参考标志物，所述第二参考标志物用于引出第二对接部件(2)上的螺栓与螺孔的位姿；将第一位姿引出部件(5)对准第一对接部件(1)插入；将第二位姿引出部件(6)对准第二对接部件(2)插入；将第一对接部件(1)和第二对接部件(2)进行对接。3.根据权利要求1所述的位姿检测方法，其特征在于，所述位姿检测方法还包括：通过两个CCD相机建立双目视觉测量系统；根据所建立的双目视觉测量系统确定第一待测标志物(3)和第二待测标志物(4)的坐标系；根据所确定的第一待测标志物(3)和第二待测标志物(4)的坐标系确定第一对接部件(1)和第二对接部件(2)的位姿偏差。4.根据权利要求3所述的位姿检测方法，其特征在于，所述根据所确定的第一待测标志物(3)和第二待测标志物(4)的坐标系确定第一对接部件(1)和第二对接部件(2)的位姿偏差的步骤包括：建立第一待测标志物(3)的坐标系；确定第一待测标志物(3)的坐标系在相机坐标系下的第一待测位姿；确定第一参考标志物的坐标系在相机坐标系下的第一参考位姿；确定第一参考标志物的坐标系在第一待测标志物(3)的坐标系下的位姿；建立第二待测标志物(4)的坐标系；确定第二待测标志物(4)的坐标系在相机坐标系下的第二待测位姿；确定第二参考标志物的坐标系在相机坐标系下的第二参考位姿；确定第二参考标志物的坐...

【专利技术属性】
技术研发人员：费允锋，宋银灏，常猛，刘渊，李国文，高鑫，
申请(专利权)人：中国人民解放军火箭军工程设计研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11