一种移动平台位姿状态监测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种移动平台位姿状态监测装置及方法，属于飞机数字化装配技术领域。包括布置在地面的标定板和设置在整体平台底部的激光测距位移传感器和视觉相机，在整体平台底部装有两个视觉相机，能够实时监测地面上的标记点，监控整体平台水平方向的移动和转动，在整体平台底部的四个角上装有四个高精度激光测距位移传感器，能够实时监测整体平台放置在地面后的四个角的高度，监控整体平台在空间中的翻转。该方法及装置能够快速有效地获取整体平台的位姿状态，为飞机装配中产品对接提供可靠的数据依据，保证飞机部件的装配质量和装配效率。效率。效率。

【技术实现步骤摘要】
一种移动平台位姿状态监测装置及方法


[0001]本专利技术涉及飞机数字化装配
，具体地说，涉及一种移动平台位姿状态监测装置及方法。

技术介绍

[0002]在航空航天制造领域，数字化自动化装配的应用越来越广泛，不仅减少了人工作业量，提高了产品自动化装配水平和装配质量，还能够降低制造成本。
[0003]移动平台的应用，是飞机装配自动化、流水线生产的一个重要标志，要保证飞机装配的质量，使产品的对接能够满足装配工艺的要求，避免产品发生碰撞，就需要支撑飞机产品的移动平台在飞机产品装配对接过程中保证位姿不发生变化。
[0004]如今，自动引导车(Automated Guided Vehicle，简称AGV)在工业领域应用越来越多，其装备有电磁或光学等自动导航装置，能够沿规定的导航路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能，不仅可以减少人工作业量，提高工厂自动化水平，而且还能降低制造成本和对运输材料造成损坏的可能性。由自动引导小车组成的柔性物料搬运系统已经逐渐被应用于仓库和产品线上不同装配站位之间运输产品，这也是自动化、智能化制造所必需的。
[0005]为了开发更自动化、灵活的AGV系统，目前已经开展了大量的研究工作，主要涉及以下主题：导航和引导，路径规划，交通管理，转运和系统管理。(1)导航和引导是使AGV小车沿着路线行驶的基本功能。目前的点对点导航技术可以筒单地分为两组，固定路径和开放路径。(2)路径规划是对路径做决策的能力，以选择到特定目的地的最佳路径。(3)交通管理是感知环境，以避免与障碍物或其他AGV车碰撞。(4)转运是拾取和交付能力。基于计算机视觉可以提高自动转运系统在停泊位置的定位精度。(5)系统管理是进行系统控制，指示系统操作。
[0006]对AGV车来说，与其他设备合作拾取、运输物料以实现自动运输实际上是个很重要的问题。在目前的商业系统中，通常在车间布局设计期间就预先规划好转运路径，为实现转运要求AGV需要具有较高的停泊精度。相对于提高绝对定位精度，AGV系统逐渐集成了姿态测量和调姿对准系统。
[0007]对于姿态测量，基于光学、声学等技术已经开发了很多测量技术并投入使用。测量原理可以分为两类：(1)对参考点进行绝对三维位置测量，然后使用姿态估计(点集匹配等算法)获得物体姿态信息；(2)基于可直接提供位置和姿态信息的多传感器信息融合直接进行位姿测量。融合多传感器数据实现姿态评价已经成为发展趋势，融合视觉
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惯性数据开发了位姿测量系统，分别直接提供位置和姿态信息。
[0008]按照生产线布局设计，某飞机大型部件自动化装配系统分为两个区域，装配站位和自动化制孔站位，分别负责产品的人工装配和壁板的自动化制孔，AGV车是在装配站位和自动化制孔站位间转站运输的重要运输工具，在装配站位与自动化制孔站位间利用AGV车转换运输飞机大型部件的半成品。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的是提供一种移动平台位姿状态监测装置及方法，用于实现飞机装配过程中大部件移动平台的位姿监测，避免从产品装配对接时发生碰撞。
[0010]为了实现上述目的，第一方面，本专利技术提供的移动平台位姿状态监测装置包括布置在地面的标定板和设置在整体平台底部的：
[0011]激光测距位移传感器，布置在整体平台的四角处，用于获取整体平台的四角与水平标定板之间的距离，以判断整体平台在空间上是否发生翻转；
[0012]视觉相机，布置有两个，位于整体平台前后两侧成对角布置，通过拍摄标定板上的标记点，判断整体平台在水平方向上是否发生移动和旋转。
[0013]上述技术方案中，激光测距位移传感器为高精度激光测距位移传感器，通过四个高精度激光测距位移传感器的布局方式为四角布置，高精度激光测距位移传感器布置安装在形状为矩形的整体平台的四个角上，根据其与水平地面的距离，能够获取整体平台的空间姿态；通过两个视觉相机的布局方式为对角线布置，视觉相机布置安装在形状为矩形的整体平台的前后两侧，通过图像获取地面标定板上圆孔的位置，能够获得整体平台的空间位置；高精度激光测距位移传感器和视觉相机结合的位姿状态监测装置为非接触式测量；多个视觉相机传感器信息融合以及视觉信息与高精度激光测距位移传感器的信息融合，保证了测量结果的准确性。
[0014]可选地，在一个实施例中，所述的标定板上设有与每个视觉相机对应的五孔阵列，包括四个均匀布置的小孔和设置在四个小孔中心位置的大孔。
[0015]可选地，在一个实施例中，所述的标定板包括安装在站位底座的同一参考面内的四个。
[0016]可选地，在一个实施例中，所述的激光测距位移传感器和所述的视觉相机安装在同一水平面上。
[0017]可选地，在一个实施例中，所述的视觉相机配有环形光源。
[0018]第二方面，本专利技术提供的移动平台位姿状态监测方法基于上述移动平台位姿状态监测装置实现，包括以下步骤：
[0019]1)通过激光测距位移传感器测量整体平台四角至水平地面的距离，获得四个当前距离值，与期望姿态时的四个期望距离值相比，得到四个距离偏差值；
[0020]2)视觉相机的焦平面被配置在标定板表面，获取标记点图像，通过数字图像处理算法提取标记点坐标值，得到标记点的位置偏差；
[0021]3)结合距离偏差和位置偏差，通过匹配当前特征点和期望特征点的坐标值计算当前位姿偏差，获取整体平台的当前位姿。
[0022]步骤1)中，设置与所述视觉相机对应的五孔阵列，五孔阵列包括四个均匀布置的小孔和设置在四个小孔中心位置的大孔，大孔的圆心作为所述的标记点。
[0023]步骤1)中四个当前距离值为(d1，d2，d3，d4)，四个距离偏差值为(Δd1，Δd2，Δd3，Δd4)，标定板上两个大孔的位置偏差为(Δx1，Δy1，Δx2，Δy2)，则六个监测点的初始坐标值分别为：
[0024]激光测距点：
[0025]大孔中心点：
[0026]X
Goal
、Y
Goal
、Z
Goal
，分别表示监测点在目标坐标系下的X、Y、Z三个方向上的理论值；
[0027]采用奇异值分解求变换矩阵，将目标坐标值变换至当前坐标系：
[0028]激光测距点：
[0029]大孔中心点：
[0030]X
′
Cur
、Y
′
Cur
、Z
′
Cur
，分别表示监测点在当前坐标系下的X、Y、Z三个方向上的坐标值；
[0031]迭代上述过程求解变换矩阵，直至匹配误差收敛，获得当前的姿态偏差。
[0032]与现有技术相比，本专利技术的有益之处在于：
[0033]本专利技术利用高精度激光测距位移传感器和视觉相机，在飞机产品装配对接过程中，对支撑飞机产品的移动平台位姿状态进行监测，为高精度的飞机产品装配对接工艺提供可靠的装配数据支撑，在飞机装配制造领域具有较高的应用价值。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种移动平台位姿状态监测装置，其特征在于，包括布置在地面的标定板和设置在整体平台底部的：激光测距位移传感器，布置在整体平台的四角处，用于获取整体平台的四角与水平标定板之间的距离，以判断整体平台在空间上是否发生翻转；视觉相机，布置有两个，位于整体平台前后两侧成对角布置，通过拍摄标定板上的标记点，判断整体平台在水平方向上是否发生移动和旋转。2.根据权利要求1所述的移动平台位姿状态监测装置，其特征在于，所述的标定板上设有与每个视觉相机对应的五孔阵列，包括四个均匀布置的小孔和设置在四个小孔中心位置的大孔。3.根据权利要求1所述的移动平台位姿状态监测装置，其特征在于，所述的标定板包括安装在站位底座的同一参考面内的四个。4.根据权利要求1所述的移动平台位姿状态监测装置，其特征在于，所述的激光测距位移传感器和所述的视觉相机安装在同一水平面上。5.根据权利要求1所述的移动平台位姿状态监测装置，其特征在于，所述的视觉相机配有环形光源。6.一种移动平台位姿状态监测方法，基于权利要求1～5任一权利要求所述的移动平台位姿状态监测装置实现，其特征在于，包括以下步骤：1)通过激光测距位移传感器测量整体平台四角至水平地面的距离，获得四个当前距离值，与期望姿态时的四个期望距离值相比，得到四个距离偏差值；2)视觉相机的焦平面被配置在标定板表面，获取标记点图像，通过数字图像处理算法提取标记点坐标值，得...

【专利技术属性】
技术研发人员：柯映林，李江雄，柯臻铮，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：