一种大型构件自动化对接并联机构装置及引导方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种大型构件自动化对接并联机构装置及引导方法，该系统主要包含两台六自由度并联机器人、一台激光跟踪仪、多个坐标系定位板以及环形夹装台；左侧六自由度并联机器人和右侧六自由度并联机器人的下平面分别固定两个坐标系定位板，主要是用于实现六自由度并联机器人基坐标系的测量。环形夹装台的侧面固定安装坐标系定位板，主要是用于实现大型构件的位姿测量。根据大型构件的相对位姿误差，控制左侧六自由度并联机器人和右侧六自由度并联机器人的运动。本发明专利技术利用两个六自由度并联机器人进行自动化对接，从而提升对接系统的对接效率。采用分段式对接过程，既实现过程误差校正，又降低六自由度并联机器人的长距离运行精度。运行精度。运行精度。

【技术实现步骤摘要】
一种大型构件自动化对接并联机构装置及引导方法


[0001]本专利技术涉及机器人自动化领域，尤其涉及一种可实现大型工件自动化对接并联机构装置及引导方法。
技术背景
[0002]随着机器人技术的快速发展，工业机器人在各个行业得到了广泛的应用。根据工业机器人的结构进行分类，主要分为串联、并联和混联三种主要类型。其中并联机器人相对串联机器人具有高刚度、高负载等优势，逐渐被广泛应用在高端制造业等领域。随着航空航天等行业的持续快速发展，原有的手动生产方式已经不再满足当前的生产效率要求，在航空航天行业内，大型构件的自动化对接是目前亟待解决的关键问题之一。
[0003]目前，大型构件的自动化对接主要是依赖于人工手动引导，此种方式存在对接效率低、对接精度及质量的一致性差等问题。通过机器人构建柔性装配系统是当前解决该方法的主要途径。而当前柔性装配系统主要是采用串联型工业机器人，该类型机器人精度无法满足高精度装配的需求，尤其对于“丝”级精度要求，其次，串联型工业机器人的末端无法仅有500kg左右，对于一些大型构件的装配无法满足要求。而并联机器人能够满足大负载和高精度的要求，但由于当前工业机器人的控制系统是半闭环控制结构，无法保证系统在对接过程中的精度。目前存在基于视觉引导的柔性装配系统，但视觉测量系统的测量精度无法满足高精度要求。而且若要视觉测量系统实现高精度测量，往往会安装在大型构件上，这将对对接过程造成影响。除此以外，目前的机器人对接平台主要是采用一台机器人设备承载大型构件，另外一个大型构件采用固定不动的形式。由于仅有一台机器人实现对接运动，因此，这种对接方式的工作效率相对较低。综上所述，目前亟待专利技术设计一种高效率的大型构建自动化对接装置系统以及高精度的对接引导方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于，克服现有技术在航空舱段手动对接技术效率低、对接精度及质量一致性差等问题，提供一种可实现大型构件自动化对接并联机构装置，该装置满足大负载、高精度对接精度要求，同时结合激光跟踪仪这一高精度测量设备，实现双并联机构装置的引导控制。
[0005]本专利技术的大型构件自动化对接并联机构装置，所述装置包含左侧六自由度并联机器人、右侧六自由度并联机器人、激光跟踪仪、多个坐标系定位板，其中，所述激光跟踪仪安装于两个并联机器人中间，每个六自由度并联机器人上均安装有坐标系定位板；
[0006]两个六自由度并联机器人上方通过环形夹装台夹持大型构件，两个大型构件为待对接构件；
[0007]每个坐标系定位板均位于激光跟踪仪的视场内。
[0008]进一步的，所述装置包含第一坐标系定位板、第二坐标系定位板、第三坐标系定位板和第四坐标系定位板，每个六自由度并联机器人上均安装有两个坐标系定位板；还包含
左侧环形夹装台，右侧环形夹装台；左侧六自由度并联机器人上放置带定位孔的第一大型构件，右侧六自由度并联机器人上放置带定位销的第二大型构件。
[0009]进一步的，所述左侧六自由度并联机器人和右侧六自由度并联机器人的下平面分别固定第一坐标系定位板、第二坐标系定位板，用于实现六自由度并联机器人基坐标系的测量；所述左侧六自由度并联机器人和右侧六自由度并联机器人上分别安装左侧环形夹装台和右侧环形夹装台，左侧环形夹装台和右侧环形夹装台分别安装第三坐标系定位板和第四坐标系定位板，用于实现大型构件的位姿测量。
[0010]进一步的，每个坐标系定位板结构相同，包含一个定位转接板、三个磁性靶球基座以及每个靶球基座上均设有一个靶球；其中定位转接板固定安装在各个待检测的位置，三个磁性靶球基座以120度角度间隔分布在定位转接板上，各靶球的朝向可以调整，各靶球按序标号。
[0011]本申请还提供上述大型构件的自动化对接引导方法，所述引导方法包括：
[0012]S1，确定各定位板的坐标系在激光跟踪仪视场中的位置；
[0013]S2，对接大型构件，首先，确定两个六自由度并联机器人之间的转换关系，然后根据各定位板的坐标系在激光跟踪仪视场中的位置，采用靶球定位的方式确定两个对接面坐标系之间的转换关系；
[0014]S3，在对接过程不断修正左侧六自由度并联机器人与右侧六自由度并联机器人的运动轨迹。
[0015]进一步的，所述S1为：
[0016]S11，按照顺序测量第一、第二、第三靶球在激光跟踪仪测量坐标系{L}O
L
‑
xyz下的空间位置，分别记为p1，p2，p3；
[0017]S12，以p1点作为第一坐标系定位板的坐标系的原点，以p1，p2点的连线方向的单位向量n为X轴方向，以p1，p2，p3构成的平面法向量的单位向量a为Z轴方向；
[0018]S13，根据以上信息得到第一坐标系定位板的坐标系{F1}在激光跟踪仪测量坐标系{L}O
L
‑
xyz下的位姿矩阵H如下所示：
[0019][0020]S14，重复步骤S11至S13，以得到第二、第三、第四坐标系定位板的坐标系在激光跟踪仪测量坐标系{L}OL
‑
xyz下的位姿矩阵{F2}、{F3}、{F4}。
[0021]进一步的，所述S2为：
[0022]S21，将激光跟踪仪、左侧六自由度并联机器人、右侧六自由度并联机器人、带定位孔的第一大型构件和带定位销的第二大型构件、第一环形夹装台、第二环形夹装台按照权利要求1所述位置关系安装好；
[0023]S22，将第一至第四坐标系定位板分别固定安装在左侧六自由度并联机器人和右侧六自由度并联机器人的下平台和两个环形夹装台上，保证靶球在激光跟踪仪可跟踪定位范围内；
[0024]S23，以激光跟踪仪的测量坐标系{L}O
L
–
xyz作为参考，定义左侧六自由度并联机器人的基坐标系为{M}O
M
–
xyz，右侧六自由度并联机器人的基坐标系为{N}O
M
–
xyz，利用第一
坐标系定位板、第二坐标系定位板测量得到的两个坐标系分别为{F1}和{F2}，坐标系{M}O
M
–
xyz与{F1}、坐标系{N}O
M
–
xyz与{F2}之间的转换关系已知，当测量得到{F1}和{F2}的位姿后，得到左侧六自由度并联机器人与右侧六自由度并联机器人之间的基坐标系转换关系；
[0025]S24，以激光跟踪仪的测量坐标系{L}O
L
–
xyz作为参考，定义左侧六自由度并联机器人上的环形夹装台的坐标系为{D}O
D
‑
xyz，右侧六自由度并联机器人的环形夹装台的坐标系为{E}O
E
–
xyz；利用第三坐标系定位板、第三坐标系定位板测量得到的两个坐标系分别为{F3}和{F4}；
[0026]S25，带定位孔的第一大型构件的对接面坐标系{D1}O
D1
–
xyz，带定位销的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.大型构件自动化对接并联机构装置，其特征在于，所述装置包含左侧六自由度并联机器人、右侧六自由度并联机器人、激光跟踪仪、多个坐标系定位板，其中，所述激光跟踪仪安装于两个并联机器人中间，每个六自由度并联机器人上均安装有坐标系定位板；两个六自由度并联机器人上方通过环形夹装台夹持大型构件，两个大型构件为待对接构件；每个坐标系定位板均位于激光跟踪仪的视场内。2.根据权利要求1所述的大型构件自动化对接并联机构装置，其特征在于，所述装置包含第一坐标系定位板、第二坐标系定位板、第三坐标系定位板和第四坐标系定位板，每个六自由度并联机器人上均安装有两个坐标系定位板；还包含左侧环形夹装台，右侧环形夹装台；左侧六自由度并联机器人上放置带定位孔的第一大型构件，右侧六自由度并联机器人上放置带定位销的第二大型构件。3.根据权利要求2所述的大型构件自动化对接并联机构装置，其特征在于，所述左侧六自由度并联机器人和右侧六自由度并联机器人的下平面分别固定第一坐标系定位板、第二坐标系定位板，用于实现六自由度并联机器人基坐标系的测量；所述左侧六自由度并联机器人和右侧六自由度并联机器人上分别安装左侧环形夹装台和右侧环形夹装台，左侧环形夹装台和右侧环形夹装台分别安装第三坐标系定位板和第四坐标系定位板，用于实现大型构件的位姿测量。4.根据权利要求2或3所述的大型构件自动化对接并联机构装置，其特征在于，每个坐标系定位板结构相同，包含一个定位转接板、三个磁性靶球基座以及每个靶球基座上均设有一个靶球；其中定位转接板固定安装在各个待检测的位置，三个磁性靶球基座以120度角度间隔分布在定位转接板上，各靶球的朝向可以调整，各靶球按序标号。5.大型构件自动化对接引导方法，其特征在于，所述引导方法包括：S1，确定各定位板的坐标系在激光跟踪仪视场中的位置；S2，对接大型构件，首先，确定两个六自由度并联机器人之间的转换关系，然后根据各定位板的坐标系在激光跟踪仪视场中的位置，采用靶球定位的方式确定两个对接面坐标系之间的转换关系；S3，在对接过程不断修正左侧六自由度并联机器人与右侧六自由度并联机器人的运动轨迹。6.根据权利要求5所述的大型构件自动化对接引导方法，其特征在于，所述S1为：S11，按照顺序测量第一、第二、第三靶球在激光跟踪仪测量坐标系{L}O
L
‑
xyz下的空间位置，分别记为p1，p2，p3；S12，以p1点作为第一坐标系定位板的坐标系的原点，以p1，p2点的连线方向的单位向量n为X轴方向，以p1，p2，p3构成的平面法向量的单位向量a为Z轴方向；S13，根据以上信息得到第一坐标系定位板的坐标系{F1}在激光跟踪仪测量坐标系{L}O
L
‑
xyz下的位姿矩阵H如下所示：S14，重复步骤S11至S13，以得到第二、第三、第四坐标系定位板的坐标系在激光跟踪仪
测量坐标系{L}OL
‑
xyz下的位姿矩阵{F2}、{F3}、{F4}。7.根据权利要求5所述的大型构件自动化对接引导方法，其特征在于，所述S2为：S21，将激光跟踪仪、左侧六自由度并联机器人、右侧六自由度并联机器人、带定位孔的第一大型构件和带定位销的第二大型构件、第一环形夹装台、第二环形夹装台按照权利要求1所述位置关系安装好；S22，将第一至第四坐标系定位板分别固定安装在左侧六自由度并联机器人和右侧六自由度并联机器人的下平台和两个环形夹装台上，保证靶球在激光跟踪仪可跟踪定位范围内；S23，以激光跟踪仪的测量坐标系{L}O
L
–
xyz作为参考，定义左侧六自由度并联机器人的基坐标系为{M}O
M
–
xyz，右侧六自由度并联机器人的基坐标系为...

【专利技术属性】
技术研发人员：相铁武，左洪福，杨健，王赛进，王刚，徐大桐，
申请(专利权)人：南京全控电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：