一种随位并联三坐标定位器组的自动联控调姿定位方法技术

本发明专利技术公开了一种随位并联三坐标定位器组的自动联控调姿定位方法，三坐标定位器组含有多台随位并联的三坐标定位器、集成控制台和三维坐标测量设备，所述的集成控制台与每台三坐标定位器的分控制台之间通过网线连接交互信息，所述的三维坐标测量设备与集成控制台之间通过网线连接信息交互，随位并联三坐标定位器组的自动联控调姿定位方法，该定位方法具体操作步骤包括相应坐标系的设置与标定、球窝中心点QW坐标的求解、自动联控调姿定位算法、以及自动联控调姿定位操作方法等。及自动联控调姿定位操作方法等。及自动联控调姿定位操作方法等。

【技术实现步骤摘要】
一种随位并联三坐标定位器组的自动联控调姿定位方法


[0001]本申请涉及自动化装备设计
，特别是一种随位并联三坐标定位器组的自动联控调姿定位方法。

技术介绍

[0002]三坐标定位器组是飞机数字化装配的关键技术装备，其中的核心又是三坐标定位器组的联动控制技术。现有的三坐标定位器组几乎都是平行并联型，在随位并联三坐标定位器组方面，除了本专利技术人曾经公开的随位并联三坐标定位器组的相关技术之外，还未见相关技术的公开。相对于平行并联三坐标定位器组而言，随位并联三坐标定位器组具有制造成本低、周期短、重组效率高等诸多优点，特别适用于产品批量小但是改型多的制造行业，如飞机、火箭、导弹、舰艇等军品制造行业，以及高铁、商船、压力容器等民品制造行业。因此突破随位并联三坐标定位器组的自动联动控制技术具有重要的现实意义，因此，本申请公开了一种随位并联三坐标定位器组的自动联控调姿定位方法。

技术实现思路

[0003]一种随位并联三坐标定位器组的自动联控调姿定位方法，其特征在于三坐标定位器组包括N(N≥3)台随位并联的三坐标定位器、集成操控台和三维坐标测量设备。三坐标定位器包括底座、三坐标运动机构、球窝机构和分控制台。所述底座位于三坐标定位器的底层。所述三坐标运动机构含有以任意顺序叠放的X向运动机构、Y向运动机构、Z向运动机构，每个运动机构上分别设有与对应运动机构平行的X向位移传感器、Y向位移传感器和Z向位移传感器，叠放在最底层的运动机构与底座固定连接，最顶层的运动机构与球窝机构固定连接。所述球窝机构支撑待调姿定位的工件，球窝机构包括光滑球窝和与最顶层运动机构连接的球窝座，光滑球窝的几何中心为球窝中心点QW，球窝中心点QW作为三坐标定位器的定位控制点，待调姿定位的工件放置在光滑球窝内。所述分控制台固定在底座或三坐标运动机构上。所述集成操控台包括操作面板、显示面板和集成控制器。
[0004]三维坐标测量设备通过网线向集成控制台发送数据，作为集成控制台的输入数据，所述集成控制台与每台三坐标定位器的分控制台之间通过网线连接进行数据通信，集成控制台的输出数据和各位移传感器的反馈数据作为分控制台的输入数据，分控制台经内部运算后驱动各运动机构作相应的运动。
[0005]一种随位并联三坐标定位器组的自动联控调姿定位方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1建立调姿定位所需要的大地坐标系RCS、每台三坐标定位器坐标系PCS
i
、工件坐标系WCS，包含以下步骤：
[0007](1
‑
1)建立大地坐标系RCS：在放置三坐标定位器组的附近地面设置测量点，根据测量点建立大地坐标系，记为RCS，设定的大地坐标系RCS为笛卡尔直角坐标系；
[0008](1
‑
2)建立每台三坐标定位器坐标系PCS
i
(1≤i≤N)：三坐标定位器坐标系PCS
i
的原点设在第i台三坐标定位器处于零位时的球窝中心点QW
i
处，三坐标定位器坐标系PCS
i
的
三个坐标轴分别与第i台三坐标定位器对应的三坐标运动机构的方向平行，设定的三坐标定位器坐标系PCS
i
与第i台三坐标定位器的底座的相对位置固定不变，设定的三坐标定位器坐标系PCS
i
可为斜角坐标系，也可为笛卡尔直角坐标系；
[0009](1
‑
3)建立工件坐标系WCS：工件坐标系WCS的原点设在工件的形心处，工件坐标系WCS的三个坐标轴可自由设定，设定的工件坐标系WCS与工件的相对位置固定不变，设定的工件坐标系WCS为笛卡尔直角坐标系。
[0010]步骤2标定工件坐标系WCS、大地坐标系RCS和每台三坐标定位器坐标系PCS
i
之间的位姿变换关系，包括以下步骤：
[0011](2
‑
1)通过三维坐标测量设备，标定调姿定位前工件坐标系WCS相对于大地坐标系RCS的位姿设位姿为：
[0012][0013](2
‑
2)通过三维坐标测量设备或者设计图纸，标定调姿定位后工件坐标系WCS相对于大地坐标系RCS的位姿设位姿为：
[0014][0015](2
‑
3)标定大地坐标系RCS相对于每台三坐标定位器坐标系PCS
i
的位姿设位姿为：
[0016][0017]步骤3求解调姿定位前所有球窝中心点QW相对于每台三坐标定位器坐标系PCS
i
、大地坐标系RCS和工件坐标系WCS的坐标，包括以下步骤：
[0018](3
‑
1)通过调姿定位前三坐标定位器的X向位移传感器、Y向位移传感器和Z向位移传感器获得三坐标定位器的球窝中心点QW
i
相对于第i台三坐标定位器坐标系PCS
i
的齐次坐标
[0019][0020](3
‑
2)求出调姿定位前所有球窝中心点QW相对于大地坐标系RCS的齐次坐标
[0021][0022](3
‑
3)求出所有球窝中心点QW相对于工件坐标系WCS的齐次坐标QW
WCS
：
[0023][0024]步骤4构建随位并联三坐标定位器组自动联控调姿定位算法，包括以下步骤：
[0025](4
‑
1)构建调姿旋转向量Q和定位平移向量P的求解算法：
[0026][0027][0028]α、β、γ分别表示调姿旋转向量Q在大地坐标系RCS中X轴、Y轴和Z轴的坐标分量，A、B、C分别表示定位平移向量P在大地坐标系RCS中X轴、Y轴和Z轴的坐标分量；
[0029](4
‑
2)构建调姿中间参数[μ ν]T
的求解算法：
[0030][0031]μ表示调姿旋转Q绕大地坐标系RCS中X轴的旋转弧度，ν表示调姿旋转Q绕大地坐标系RCS中Y轴的旋转弧度。
[0032](4
‑
3)构建调姿旋转总弧度Θ和定位平移总长度L的求解算法：
[0033][0034][0035](4
‑
4)设置调姿定位总时间T；
[0036](4
‑
5)构建调姿急动度ρ和定位急动度λ的求解算法：
[0037][0038][0039](4
‑
6)构建调姿旋转弧度θ(0≤θ≤Θ)随时间t(0≤t≤T)的函数θ(t)，以及定位平移长度l(0≤l≤L)随时间t的函数l(t)：
[0040][0041][0042](4
‑
7)构建联控调姿旋转矩阵R3×3随时间t的函数R3×3(t)，及其子矩阵函数R
X
(μ)、R
Y
(ν)和R
Z
[θ(t)]：
[0043][0044]R
X
(μ)表示调姿旋转向量Q绕大地坐标系RCS中X轴旋转μ弧度的子矩阵函本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种随位并联三坐标定位器组的自动联控调姿定位方法，其特征在于三坐标定位器组包括N台随位并联的三坐标定位器、集成操控台和三维坐标测量设备，其中N不小于3，三坐标定位器包括底座、三坐标运动机构、球窝机构和分控制台，所述底座位于三坐标定位器的底层，所述三坐标运动机构含有以任意顺序叠放的X向运动机构、Y向运动机构、Z向运动机构，每个运动机构上分别设有与对应运动机构平行的X向位移传感器、Y向位移传感器和Z向位移传感器，叠放在最底层的运动机构与底座固定连接，最顶层的运动机构与球窝机构固定连接，所述球窝机构支撑待调姿定位的工件，球窝机构包括光滑球窝和与最顶层运动机构连接的球窝座，光滑球窝的几何中心为球窝中心点QW，球窝中心点QW作为三坐标定位器的定位控制点，待调姿定位的工件放置在光滑球窝内，所述分控制台固定在底座或三坐标运动机构上，所述集成操控台包括操作面板、显示面板和集成控制器，所述三维坐标测量设备通过网线向集成控制台发送数据，作为集成控制台的输入数据，所述集成控制台与每台三坐标定位器的分控制台之间通过网线连接进行数据通信，集成控制台的输出数据和各位移传感器的反馈数据作为分控制台的输入数据，分控制台经内部运算后驱动各运动机构作相应的运动，自动联控调姿定位方法包括以下步骤：1
‑
1建立调姿定位所需的大地坐标系RCS、每台三坐标定位器坐标系PCS
i
和工件坐标系WCS，其中i大于等于1小于等于N；1
‑
2标定工件坐标系WCS、大地坐标系RCS和每台三坐标定位器坐标系PCSi之间的位姿变换关系；1
‑
3求解调姿定位前所有球窝中心点QW相对于每台三坐标定位器坐标系PCSi、大地坐标系RCS和工件坐标系WCS的坐标；1
‑
4构建随位并联三坐标定位器组自动联控调姿定位算法；1
‑
5构建自动联控调姿定位控制方法，进行随位并联三坐标定位器组的自动联控调姿定位。2.根据权利要求1所述的一种随位并联三坐标定位器组的自动联控调姿定位方法，其特征在于所述的步骤1
‑
1建立调姿定位所需要的大地坐标系RCS、每台三坐标定位器坐标系PCSi、工件坐标系WCS，包括以下步骤：2
‑
1建立大地坐标系RCS：在放置三坐标定位器组的附近地面设置测量点，根据测量点建立大地坐标系，记为RCS，设定的大地坐标系RCS为笛卡尔直角坐标系；2
‑
2建立每台三坐标定位器坐标系PCS
i
：三坐标定位器坐标系PCS
i
的原点设在第i台三坐标定位器处于零位时的球窝中心点QW
i
处，三坐标定位器坐标系PCS
i
的三个坐标轴分别与第i台三坐标定位器对应的三坐标运动机构的方向平行，设定的三坐标定位器坐标系PCS
i
与第i台三坐标定位器的底座的相对位置固定不变，设定的三坐标定位器坐标系PCS
i
可为斜角坐标系，也可为笛卡尔直角坐标系，其中i大于等于1小于等于N；2
‑
3建立工件坐标系WCS：工件坐标系WCS的原点设在工件的形心处，工件坐标系WCS的三个坐标轴可自由设定，设定的工件坐标系WCS与工件的相对位置固定不变，设定的工件坐标系WCS为笛卡尔直角坐标系。3.根据权利要求1所述的一种随位并联三坐标定位器组的自动联控调姿定位方法，其特征在于所述的步骤1
‑
2标定工件坐标系WCS、大地坐标系RCS和每台三坐标定位器坐标系PCS
i
之间的位姿变换关系，包括以下步骤：
3
‑
1通过三维坐标测量设备，标定调姿定位前工件坐标系WCS相对于大地坐标系RCS的位姿设位姿为：3
‑
2通过三维坐标测量设备或者设计图纸，标定调姿定位后工件坐标系WCS相对于大地坐标系RCS的位姿设位姿为：3
‑
3标定大地坐标系RCS相对于每台三坐标定位器坐标系PCS
i
的位姿设位姿为：4.根据权利要求1所述的一种随位并联三坐标定位器组的自动联控调姿定位方法，其特征在于所述的步骤1
‑
3求...

【专利技术属性】
技术研发人员：巴晓甫，王新峰，石文雄，
申请(专利权)人：中航西安飞机工业集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：