一种基于对接面特征的高精度位姿测量方法技术

本发明专利技术涉及一种基于对接面特征的高精度位姿测量方法，以解决现有大型部件的装配方法设备成本较高、标定过程复杂及易受工业环境影响的技术问题。该方法包括：1、搭建组装平台；2、对单目视觉传感器进行内参标定；3、采用手眼标定法对单目视觉传感器与运动执行组件进行标定；4、对对应的标靶和销孔进行标定；5、测量第一部件相对于第二部件的位姿。一部件相对于第二部件的位姿。一部件相对于第二部件的位姿。

【技术实现步骤摘要】
一种基于对接面特征的高精度位姿测量方法


[0001]本专利技术涉及部件对接面销孔的对接组装方法，具体涉及一种基于对接面特征的高精度位姿测量方法。

技术介绍

[0002]随着航天航空领域飞机、火箭等产品性能的不断提高，对大型部件的对接装配提出了更高的装配精度和自动化要求，该装配工作最初采用人工手动作业的方法，即通过人眼估算大型部件的对接姿态进行手动调整；这种装配方式人工劳动强度大，工作效率较低，且依赖工作人员的工作经验；因此采用自动化装配成为必然趋势，其中测量系统在大型部件的装配过程中需要实时测量对接部件之间的相对空间姿态，引导运动执行组件调整部件的姿态。
[0003]目前较为成熟的自动化装配多采用激光跟踪仪进行位姿测量，该方法利用靶球或对接面特征计算空间姿态，具有精度高、测量范围大的特点，但是激光跟踪仪进行位姿测量的设备成本较高，每次装配都需要详细标定，标定过程较为复杂，且对测量环境要求高。相比激光跟踪仪的测量，三维测量方法具有成本低和使用便捷的优点。但是在实际应用过程中三维测量系统容易受工业环境影响，需要定期标定系统参数保证测量精度，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于对接面特征的高精度位姿测量方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、搭建组装平台：包括相对设置的第一组装单元和第二组装单元，第一组装单元包括第一固定对接车(11)、设置在第一固定对接车(11)上表面的可移动的运动执行组件(12)及固定设置在运动执行组件(12)上的第一部件(13)，第一部件(13)对接面上具有至少四个第一销孔(15)；第二组装单元包括第二固定对接车(21)、设置在第二固定对接车(21)上固定执行组件(22)及固定设置在固定执行组件(22)上的第二部件(23)，第二部件(23)对接面上具有与第一销孔(15)一一对应的第二销孔(25)；建立第一组装单元的三维坐标系O
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xyz，O在第一部件(23)对接面的中心；S2、对视觉传感器(16)进行内参标定，获取视觉传感器(16)的标定参数；S3、将内参标定后的视觉传感器(16)安装在第一组装单元，采用手眼标定法对视觉传感器(16)与运动执行组件(12)进行标定，解算视觉传感器坐标系与运动执行组件坐标系的转换关系，获取视觉传感器坐标系到运动执行组件坐标系的旋转矩阵和平移矩阵S4、第一标靶(14)和第二标靶(24)设置在第一部件(13)和第二部件(23)上，且第一标靶(14)和第二标靶(24)均在步骤S3所述视觉传感器(16)的视野范围内；采用三维测量系统分别对第一标靶(14)和第一销孔(15)位置及第二标靶(24)和第二销孔(25)位置进行标定；按照排序规则，获取第一标靶标志点坐标排序为P
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，第二标靶标志点坐标排序为第一销孔坐标排序为第二销孔坐标排序为S5、采用步骤S3中的视觉传感器(16)同时获取第一标靶图像和第二标靶图像，通过图像处理算法及坐标系的转换矩阵，解算出第一部件(13)相对于第二部件(23)的俯仰角θ、偏航角ψ、滚转角φ、位移x、为位移y、位移z，完成第一部件(13)相对于第二部件(23)的位姿测量。2.根据权利要求1所述的基于对接面特征的高精度位姿测量方法，其特征在于：步骤S5具体为：S5.1、采用步骤S3中的视觉传感器(16)同时获取第一标靶图像和第二标靶图像，且第一标靶(14)和第二标靶(24)上的全部标志点均在对应图像内，通过图像处理算法分别提取第一标靶标志点圆心坐标和第二标靶标志点圆心坐标，并按照步骤S4中的排序规则进行排序，获得第一标靶标志点圆心坐标排序p1和第二标靶标志点圆心坐标排序p2；S5.2、根据步骤S2中的视觉传感器(16)的标定参数、第一标靶标志点圆心坐标排序p1、第二标靶标志点圆心坐标排序p2及标靶世界坐标系下第一标靶标志点坐标排序P
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和标靶世界坐标系下第二标靶标志点坐标排序分别计算第一标靶(14)和第二标靶(24)在视觉传感器坐标系下的坐标根据坐标计算视觉传感器坐标系与标靶世界坐标系的旋转变换矩阵(R
c
,T
c
)；S5.3、根据视觉传感器坐标系与标靶世界坐标系的旋转变换矩阵(R
c
,T
c
)和标靶世界坐标系下第一销孔坐标排序第二销孔坐标排序分别计算第一销孔(15)在视觉传感器坐标系下的坐标第二销孔(25)在视觉传感器坐标系下的坐标S5.4、根据步骤S2中，视觉传感器坐标系到运动执行组件坐标系的旋转矩阵和视觉
传感器坐标系到运动执行组件坐标系的平移矩阵及第一销孔(15)在视觉传感器坐标系下的坐标第二销孔(25)在视觉传感器坐标系下的坐标计算第一销孔(15)在运动执行组件坐标系下的坐标第二销孔(25)在运动执行组件坐标系下的坐标S5.5、构建SVD函数，求解计算第一销孔(15)和第二销孔(25)理想对接下，第一销孔(15)和第二销孔(25)在运动执行组件坐标系下的刚体变换旋转矩阵R
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和平移矩阵t
b
；S5.6、根据旋转矩阵R
b
和平移矩阵t
b
，利用欧拉角与旋转矩阵和平移矩阵关系，解算出第一部件(13)相对于第二部件(23)的俯仰角θ、偏航角ψ、滚转角φ、位移x、位移y、位移z，完成第一部件(13)相对于第二部件(23)的位姿测量。3.根据权利要求2所述的基于对接面特征的高精度位姿测量方法，其特征在于：还包括步骤S6，S6、根据步骤S5.6获取的俯仰角θ、偏航角ψ、滚转角φ、位移x、位移y、位移z，计算第一销孔(15)与第二销孔(25)的对准误差值，若第一销孔(15)与第二销孔(25)对准误差值小于预设阈值，则完成第一部件(...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗华，李瑞峰，郭静，杨娜，张力力，郭超，
申请(专利权)人：西安航天时代精密机电有限公司，
类型：发明
国别省市：