一种用于空间构件的定位方法技术

本发明专利技术涉及一种用于空间构件的定位方法。本发明专利技术属于空间构件定位技术领域。一种用于空间构件的定位方法，其特点是：用于空间构件的定位方法包括以下定位步骤：第一步：获取初始位置的空间构件的定位装置上定位元件的三维坐标；第二步：计算初始位置的定位装置上定位元件的变换矩阵；第三步：获取置于空间构件上的定位装置的定位元件的三维坐标；第四步：计算置于空间构件上的定位装置的变换矩阵；第五步：计算置于空间构件上的定位装置的变换矩阵的逆矩阵；第六步：计算定位装置上定位元件从初始位置到空间构件上的变换矩阵；第七步：移动初始构件到达指定空间位置。本发明专利技术具有方法简单，定位准确高效，成本低，经济实用和适用范围广等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种用于空间构件的定位方法
本专利技术属于空间构件定位
，特别是涉及一种用于空间构件的定位方法。
技术介绍
目前，在隧道与地下工程机械、矿山机械以及工程船舶机械等的施工过程中，机械设备与土石方接触的构件磨损严重，更换频繁。这些磨损构件均是按照设计的空间位置安装在机械设备上，其安装定位精度对施工机械施工平稳性和工作寿命有重要的影响，同时对生产效率有明显的影响。这些易磨损构件不仅受到土石方的磨损，而且还要承受强烈的冲击载荷，导致易磨损者需要返厂维修甚至报废。工程机械的施工环境一般足够恶劣，先有的磨损构件的定位技术很不成熟，一般靠作业人员的焊接经验进行定位。有的施工机械提供了定位修复板，一般因笨重很难满足施工现场的机械设备的修复。往往经过反复修补，工程机械已经丧失了其最优结构，不仅降低了施工的效率，而且降低了机械设备的使用寿命。修复已经磨损的机械设备需要精确定位易磨损构件在磨损之前的空间位置。一般分为两种模式，主动获取和被动获取。机械设备出厂时，厂家往往提供定位修复板用于修复磨损构件的空间位置，但不会提供具体的空间位置信息，这些定位修复板因笨重而很难得到实际应用。另外一种方式是借助检测设备获取易磨损构件的空间位置信息，需要检测整个机械设备。由于检测设备和检测精度的限制，易磨损构件的空间区域很难得到理想的结果，因此也很难得到易磨损部的空间位置。CN201410592559.4公开了一种空间定位的方法和空间定位系统，该专利技术提供了一种空间定位方法，分别检测空间中不共线的三点与待定物体之间的距离，其目的是对物体进行空间定位识别。但是该方法以空间三点的距离进行分析，检测设备相对而固定。但是对于工程机械设备而言，工况环境恶劣，机械设备本身就可达数吨或数十吨，因此检测设备应该可以灵活的移动。如果要获得空间构件的修复数据，就需要建立构件的初始位置和空间位置的联系。从几何位置和姿态分析，构件的初始位置和空间位置属于两套不同的坐标系，因此需要先建立这两套坐标系之间的联系。现有技术存在过程繁杂、效率低、成本高等技术问题。
技术实现思路
本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种用于空间构件的定位方法。本专利技术的目的是提供一种具有方法简单，定位准确高效，节省了大量的人工成本，提高了设计效率，具有经济实用和适用范围广等特点的用于空间构件的定位方法。本专利技术用于空间构件的定位方法所采取的技术方案是：一种用于空间构件的定位方法，其特点是：用于空间构件的定位方法包括以下定位步骤：(参照附图)第一步：获取初始位置的空间构件(3)的定位装置(4)上定位元件(57,58或59)的三维坐标：将空间构件(3)置于任一位置，并将所述位置定义为初始位置，然后将定位装置(4)或者定位板(41)置于所述位置的有效定位区域(A)，驱动监测设备(5)对该定位装置(4)的定位元件(57,58或59)逐一监测，获取所述定位装置(4)上各所述定位元件(57,58或59)的三维坐标{(xn,yn,zn),n＝1,2,3,Λ,N}，其中N为用于所述定位装置(4)上所述定位元件(57,58或59)的数量；第二步：计算初始位置的定位装置(4)上定位元件(57,58或59)的变换矩阵A0：选取三个定位元件(57,58或59)的坐标，其坐标分别为(x1,y1,z1)，(x2,y2,z2)和(x3,y3,z3)，则变换矩阵表示为，其中，第三步：获取置于空间构件(3)上的定位装置(4)的定位元件(57,58或59)的三维坐标：将定位装置(4)置于空间构件的有效区域(A)，然后驱动检测设备(5)对定位装置(4)上的定位元件(57,58或59)进行检测，获取所述定位元件(57,58或59)的空间坐标{(X1n,Y1n,Z1n),n＝1,2,3,Λ,N}，然后依次检测其它构件(3)获取各构件的定位元件(57,58或59)空间坐标{(Xmn,Ymn,Zmn),m＝1,2,3,Λ,M,n＝1,2,3,Λ,N}，其中M为空间构件(3)的数量，N为用于空间构件(3)的定位装置(4)上定位元件(57,58或59)的数量；第四步：计算置于空间构件(3)上的定位装置(4)的变换矩阵{Bm,m＝1,2,Λ,M}：选取步骤二所使用的三个定位元件(57,58或59)，坐标分别为(xm1,ym1,zm1)，(xm2,ym2,zm2)和(xm3,ym3,zm3)，则变换矩阵可表示为，其中，第五步：计算置于空间构件(3)上的定位装置(4)的变换矩阵的逆矩阵{Cm,m＝1,2,Λ,M}：Cm＝Bm-1(9)第六步：计算定位装置(4)上定位元件(57,58或59)从初始位置到空间构件上的变换矩阵{Dm,m＝1,2,Λ,M}：Dm＝A0Cm(10)公式(10)即该空间构件(3)位置和姿态的对应的变换矩阵；第七步：移动初始构件(3)到达指定空间位置：按照公式(10)所示的矩阵将初始机构移动到指定位置，实现空间构件的定位。本专利技术用于空间构件的定位方法还可以采用如下技术方案：所述的用于空间构件的定位方法，其特点是：空间构件(3)具有一个或数个有效区域(A)。所述的用于空间构件的定位方法，其特点是：三维坐标采用右手坐标系。所述的用于空间构件的定位方法，其特点是：三维坐标采用右手直角坐标系。本专利技术具有的优点和积极效果是：用于空间构件的定位方法由于采用了本专利技术全新的技术方案，与现有技术相比，本专利技术具有以下明显特点：1.本专利技术能够获取空间构件(3)的位置和姿态，利用特制的定位装置(4)就能标定空间构件(3)的姿态和位置，对空间构件(3)进行定位。2.本专利技术可为空间构件(3)的修复提供数据支持，利用本专利技术的数据可以获得所有空间构件(3)的齐次变换矩阵，对空间构件(3)的修复提供准确的数据。3.本专利技术降低了人工成本，运算方法准确可靠，并且可以编制成专门的计算程序，大大降低了后期数据处理的强度。附图说明图1是本专利技术的空间构件的定位装置的使用时的示意图；图2是本专利技术的空间构件的定位装置结构图；图3是本专利技术用于空间构件的定位装置的结构示意图；图4是本专利技术的空间构件的有效区域示意图。图中：1为机械设备，2为构件连接部，3为构件，4为定位装置，5为测量设备，41定位板，42为侧限位Ⅰ，43为侧限位Ⅱ，44为侧限位Ⅲ，45为侧边Ⅰ，46为侧边Ⅱ，47为限位角Ⅰ，48为限位角Ⅱ，49为限位孔Ⅰ，50为限位孔Ⅱ，51为限位孔Ⅲ，52为限位孔Ⅳ，53为吸盘Ⅰ，54为吸盘Ⅱ，55为吸盘Ⅲ，56为吸盘Ⅳ，57为定位元件Ⅰ，58为定位元件Ⅱ，59为定位元件Ⅲ，A区为有效标识区域，B区为无效标识区域。具体实施方式为能进一步了解本专利技术的
技术实现思路
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：参阅附图1至图4。实施例1一种用于空间构件的定位方法，如图1所示。机械设备1具有多个构件连接部2和构件3，每个构件3通过构件连接部2固定在机械设备1上。构件3是直接与岩土接触或作用，其空间位置和姿态对机械设备1的作业效率十分重要。一般地，确定了任意一个连接部件2的位置和姿态，则同时确定了与之配套的构件3的位置和姿态，反之亦然。如图1所示，为了能够确定构件3的空间位置和姿态，专利技术了一种能够定位构件的定位装置4，其包括定位板41、吸盘Ⅰ53、吸盘Ⅱ54、吸盘Ⅲ5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于空间构件的定位方法，其特征是：用于空间构件的定位方法包括以下定位步骤：第一步：获取初始位置的空间构件(3)的定位装置(4)上定位元件(57,58或59)的三维坐标：将空间构件(3)置于任一位置，并将所述位置定义为初始位置，然后将定位装置(4)或者定位板(41)置于所述位置的有效定位区域(A)，驱动监测设备(5)对该定位装置(4)的定位元件(57,58或59)逐一监测，获取所述定位装置(4)上各所述定位元件(57,58或59)的三维坐标{(xn,yn,zn),n＝1,2,3,Λ,N}，其中N为用于所述定位装置(4)上所述定位元件(57,58或59)的数量；第二步：计算初始位置的定位装置(4)上定位元件(57,58或59)的变换矩阵A0：选取三个定位元件(57,58或59)的坐标，其坐标分别为(x1,y1,z1)，(x2,y2,z2)和(x3,y3,z3)，则变换矩阵表示为，

【技术特征摘要】
1.一种用于空间构件的定位方法，其特征是：用于空间构件的定位方法包括以下定位步骤：第一步：获取初始位置的空间构件(3)的定位装置(4)上定位元件(57,58或59)的三维坐标：将空间构件(3)置于任一位置，并将所述位置定义为初始位置，然后将定位装置(4)或者定位板(41)置于所述位置的有效定位区域(A)，驱动监测设备(5)对该定位装置(4)的定位元件(57,58或59)逐一监测，获取所述定位装置(4)上各所述定位元件(57,58或59)的三维坐标{(xn,yn,zn),n＝1,2,3,Λ,N}，其中N为用于所述定位装置(4)上所述定位元件(57,58或59)的数量；第二步：计算初始位置的定位装置(4)上定位元件(57,58或59)的变换矩阵A0：选取三个定位元件(57,58或59)的坐标，其坐标分别为(x1,y1,z1)，(x2,y2,z2)和(x3,y3,z3)，则变换矩阵表示为，其中，第三步：获取置于空间构件(3)上的定位装置(4)的定位元件(57,58或59)的三维坐标：将定位装置(4)置于空间构件的有效区域(A)，然后驱动检测设备(5)对定位装置(4)上的定位元件(57,58或59)进行检测，获取所述定位元件(57,58或59)的空间坐标{(X1n,Y1n,Z1n),n＝1,2,3,Λ,N}，然后依次检测其它构件(3)获取各构件的定位元件(57...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏召斌，林森，王力威，张润喜，周志强，吴永彬，陈九肖，王永远，
申请(专利权)人：中交天津航道局有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12