一種基于工業機器人自動化裝調的位姿確定方法技術

一種基于工業機器人自動化裝調的位姿確定方法，首先令工業機器人抓取衛星天線反射器，并建立機器人基坐標系、機器人工作坐標系、反射器坐標系、安裝坐標系、裝配坐標系，然后在反射器上安裝測量球得到測量點，根據各個坐標系之間的轉換關系得到測量點的初始坐標、目的坐標，進而得到反射器初始位姿、目標位姿，最后根據反射器初始位姿、目標位姿控制工業機器人將衛星天線反射器安裝到目標位置。本發明專利技術通過建立各個坐標系并得到各個坐標系之間的姿態轉換矩陣，同時使用激光跟蹤儀等精測手段得到待裝調天線的精確坐標，將柔性化的工業機器人用于高精度的產品裝配中，具有產品裝調安全、效率高、精準的優點。

【技術實現步驟摘要】
一種基于工業機器人自動化裝調的位姿確定方法
本專利技術涉及一種工業機器人位姿確定方法，特別是一種基于工業機器人自動化裝調的位姿確定方法。
技術介紹
自動化裝配技術已歷經半個多世紀的發展，已向著機械功能多元化、控制模塊智能化的方向發展。在汽車、航空等工業領域已開始利用柔性化的工業機器人或定制的自動化裝備高效、精準地完成了很多人工操作難以完成的工作。在很多高精度的裝配領域，自動化的裝調方式更是顯得十分重要，其結合各種精測手段的輔助，能夠實現高效精準的裝調到位。近年來，隨著中國航天事業的快速發展，航天器產品的數量和種類不斷上升，對產品裝配精度的要求也越來越高。其中，又以星載天線等高精度結構的裝配尤為困難，以往完全依靠傳統的手工操作方法，工作效率低，技術風險高。因此，將高精度的自動裝調技術引入到衛星部件的精密裝調中，發展高精度的自動化裝調技術，是解決航天產品高精度裝配困難的切實有效的途徑，而實現自動化裝調的基礎之一就是需要實時計算確定待裝調部件的初始位姿及目標位姿，即需要一種工業機器人自動化裝調的位姿確定方法。
技術實現思路
本專利技術解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供了一種基于工業機器人自動化裝調的位姿確定方法。本專利技術的技術解決方案是：一種基于工業機器人自動化裝調的位姿確定方法，包括如下步驟：(1)令工業機器人抓取衛星天線反射器，然后以機器人底座自身坐標系為機器人基坐標系，以機器人末端法蘭盤圓心作為原點、法蘭盤所在平面作為XOY面、XOY面的法向方向作為Z軸指向建立機器人工作坐標系，根據待裝調的衛星天線反射器形狀任意建立坐標系作為反射器坐標系，以安裝平臺底面中心為原點、底面作為XOY面、以XOY面的法線方向作為Z軸指向建立安裝坐標系，將激光跟蹤儀的自身坐標系作為裝配坐標系；(2)在衛星天線反射器上安裝至少三個測量球作為衛星天線反射器測量點，使用激光跟蹤儀測量三個測量點在裝配坐標系下的坐標，根據裝配坐標系、機器人工作坐標系的姿態轉換矩陣得到三個測量點在機器人工作坐標系下的坐標作為初始姿態；(3)選取衛星天線反射器中能夠得到衛星天線反射器結構形狀的關鍵點，根據衛星天線反射器測量點坐標、衛星天線反射器結構形狀，得到衛星天線反射器關鍵點、衛星天線反射器測量點在裝配坐標系下的位置轉換關系；(4)獲取衛星天線反射器關鍵點在裝配坐標系下的目標坐標，根據衛星天線反射器關鍵點、衛星天線反射器測量點在裝配坐標系下的位置轉換關系得到衛星天線反射器測量點在裝配坐標系下的目標坐標；(5)獲取裝配坐標系、安裝坐標系的姿態轉換矩陣，根據裝配坐標系、安裝坐標系的姿態轉換矩陣得到衛星天線反射器測量點在安裝坐標系下的目標坐標；(6)獲取安裝坐標系、機器人基坐標系的姿態轉換矩陣，根據安裝坐標系、機器人基坐標系的姿態轉換矩陣得到衛星天線反射器測量點在機器人基坐標系下的目標坐標；(7)讀取當前位置下機器人基坐標系、機器人工作坐標系的姿態轉換矩陣，并根據機器人基坐標系、機器人工作坐標系的姿態轉換矩陣得到衛星天線反射器測量點在機器人工作坐標系下的目標坐標作為目標位姿；(8)將步驟(2)、步驟(7)得到的衛星天線反射器初始位姿、目標位姿送至工業機器人，控制工業機器人根據衛星天線反射器初始位姿、目標位姿將衛星天線反射器安裝到目標位置。所述的衛星天線反射器為橢球體。所述的反射器坐標系為橢球坐標系。本專利技術與現有技術相比的優點在于：(1)本專利技術與現有技術相比，通過建立各個坐標系并得到各個坐標系之間的姿態轉換矩陣，得到了一種實時測量計算確定待裝調部件的初始位姿及目標位姿方法，解決了工業機器人自動化裝調所需位姿的問題，具有計算簡單、實現方便的優點；(2)本專利技術與現有技術相比，通過一種動態位姿確定方法得到工業機器人自動化裝調所用的位姿，使得工業機器人能夠用于產品裝配中，解決了現有的手工操作方式在結構裝配中具有的工作效率低、技術風險高的缺陷，在避免裝調風險的同時，還具有裝調效率高的優點；(3)本專利技術通過計算得到工業機器人自動化裝調所用的初始位姿及目標位姿，將柔性化的工業機器人用于高精度的產品裝配中，并使用激光跟蹤儀等精測手段得到待裝調天線的精確坐標，進而將待裝調天線高效精準的放置到待安裝位置，與現有的人工裝調方式相比更加精準。附圖說明圖1為本專利技術一種基于工業機器人自動化裝調的位姿確定方法原理流程圖；圖2為本專利技術一種基于工業機器人自動化裝調的位姿確定方法中坐標變換示意圖。具體實施方式本專利技術以衛星固面反射器天線為對象，提出了一種基于工業機器人自動化裝調的位姿確定方法，包括坐標系建立、初始位置及目標位置的測量與求解等整套適用于工業機器人自動化裝調的位置計算方法，具有較好的實用價值與應用前景。如圖1所示本專利技術方法通過如下步驟實現：(1)令柔性化的工業機器人(比如六自由度工業機器人)抓取衛星天線反射器，并建立裝配中應用到的所有坐標系，如圖2所示將激光跟蹤儀自身坐標系作為裝配坐標系(激光跟蹤儀自身坐標系)，以機器人底座自身坐標系為機器人基坐標系(測量坐標系)，以機器人末端法蘭盤圓心作為原點、法蘭盤所在平面作為XOY面、XOY面的法向方向作為Z軸指向建立機器人工作坐標系，以橢球形待裝調反射器的橢球坐標系作為反射器坐標系，以安裝平臺底面中心為原點、底面作為XOY面、以XOY面的法線方向作為Z軸指向建立安裝坐標系，其中，裝配坐標系原點為(x0，y0，z0)，機器人基坐標系原點為(x1，y1，z1)，機器人工作坐標系原點為(x2，y2，z2)，反射器坐標系原點為(x3，y3，z3)，安裝坐標系原點為(x4，y4，z4)。(2)在衛星天線反射器上安裝至少三個測量球作為衛星天線反射器測量點，使用激光跟蹤儀測量三個測量點在裝配坐標系下的初始位姿，根據裝配坐標系、機器人工作坐標系的姿態轉換矩陣得到三個測量點在機器人工作坐標系下的坐標作為初始姿態；(3)選取衛星天線反射器中能夠得到衛星天線反射器結構形狀的關鍵點，根據衛星天線反射器測量點坐標、衛星天線反射器結構形狀，得到衛星天線反射器關鍵點、衛星天線反射器測量點在裝配坐標系下的位置轉換關系；(4)獲取衛星天線反射器關鍵點在裝配坐標系下的目標坐標，根據衛星天線反射器關鍵點、衛星天線反射器測量點在裝配坐標系下的位置轉換關系得到衛星天線反射器測量點在裝配坐標系下的目標坐標；(5)獲取裝配坐標系、安裝坐標系的姿態轉換矩陣，根據裝配坐標系、安裝坐標系的姿態轉換矩陣得到衛星天線反射器測量點在安裝坐標系下的目標坐標；(6)獲取安裝坐標系、機器人基坐標系的姿態轉換矩陣，根據安裝坐標系、機器人基坐標系的姿態轉換矩陣得到衛星天線反射器測量點在機器人基坐標系下的目標坐標；(7)讀取當前位置下機器人基坐標系、機器人工作坐標系的姿態轉換矩陣，并根據機器人基坐標系、機器人工作坐標系的姿態轉換矩陣得到衛星天線反射器測量點在機器人工作坐標系下的目標坐標作為目標位姿；(8)將步驟(2)、步驟(7)得到的衛星天線反射器初始位姿、目標位姿提供給工業機器人，控制工業機器人根據衛星天線反射器初始位姿、目標位姿進行姿態的調整，實現將衛星天線反射器安裝到位。其中，上述衛星天線反射器關鍵點為衛星天線反射器中體現形狀結構的位置點，比如，當衛星天線反射器為橢球體時，其關鍵點包括橢球體的中心點本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于工業機器人自動化裝調的位姿確定方法，其特征在于包括如下步驟：(1)令工業機器人抓取衛星天線反射器，然后以機器人底座自身坐標系為機器人基坐標系，以機器人末端法蘭盤圓心作為原點、法蘭盤所在平面作為XOY面、XOY面的法向方向作為Z軸指向建立機器人工作坐標系，根據待裝調的衛星天線反射器形狀任意建立坐標系作為反射器坐標系，以安裝平臺底面中心為原點、底面作為XOY面、以XOY面的法線方向作為Z軸指向建立安裝坐標系，將激光跟蹤儀的自身坐標系作為裝配坐標系；(2)在衛星天線反射器上安裝至少三個測量球作為衛星天線反射器測量點，使用激光跟蹤儀測量三個測量點在裝配坐標系下的坐標，根據裝配坐標系、機器人工作坐標系的姿態轉換矩陣得到三個測量點在機器人工作坐標系下的坐標作為初始姿態；(3)選取衛星天線反射器中能夠得到衛星天線反射器結構形狀的關鍵點，根據衛星天線反射器測量點坐標、衛星天線反射器結構形狀，得到衛星天線反射器關鍵點、衛星天線反射器測量點在裝配坐標系下的位置轉換關系；(4)獲取衛星天線反射器關鍵點在裝配坐標系下的目標坐標，根據衛星天線反射器關鍵點、衛星天線反射器測量點在裝配坐標系下的位置轉換關系得到衛星天線反射器測量點在裝配坐標系下的目標坐標；(5)獲取裝配坐標系、安裝坐標系的姿態轉換矩陣，根據裝配坐標系、安裝坐標系的姿態轉換矩陣得到衛星天線反射器測量點在安裝坐標系下的目標坐標；(6)獲取安裝坐標系、機器人基坐標系的姿態轉換矩陣，根據安裝坐標系、機器人基坐標系的姿態轉換矩陣得到衛星天線反射器測量點在機器人基坐標系下的目標坐標；(7)讀取當前位置下機器人基坐標系、機器人工作坐標系的姿態轉換矩陣，并根據機器人基坐標系、機器人工作坐標系的姿態轉換矩陣得到衛星天線反射器測量點在機器人工作坐標系下的目標坐標作為目標位姿；(8)將步驟(2)、步驟(7)得到的衛星天線反射器初始位姿、目標位姿送至工業機器人，控制工業機器人根據衛星天線反射器初始位姿、目標位姿將衛星天線反射器安裝到目標位置。...

【技術特征摘要】
1.一種基于工業機器人自動化裝調的位姿確定方法，其特征在于包括如下步驟：(1)令工業機器人抓取衛星天線反射器，然后以機器人底座自身坐標系為機器人基坐標系，以機器人末端法蘭盤圓心作為原點、法蘭盤所在平面作為XOY面、XOY面的法向方向作為Z軸指向建立機器人工作坐標系，根據待裝調的衛星天線反射器形狀任意建立坐標系作為反射器坐標系，以安裝平臺底面中心為原點、底面作為XOY面、以XOY面的法線方向作為Z軸指向建立安裝坐標系，將激光跟蹤儀的自身坐標系作為裝配坐標系；(2)在衛星天線反射器上安裝至少三個測量球作為衛星天線反射器測量點，使用激光跟蹤儀測量任意三個測量點在裝配坐標系下的坐標，根據裝配坐標系、機器人工作坐標系的姿態轉換矩陣得到經過測量的三個測量點在機器人工作坐標系下的坐標作為初始姿態；(3)選取衛星天線反射器中能夠得到衛星天線反射器結構形狀的關鍵點，根據衛星天線反射器測量點坐標、衛星天線反射器結構形狀，得到衛星天線反射器關鍵點、衛星天線反射器測量點在裝配坐標系下的位置轉換關系；(4)獲取衛星天線反射器關鍵點在裝配坐標系下的目標坐標，根據衛星天線反射器關鍵...

【專利技術屬性】
技術研發人員：喻懋林，侯偉，胡溶溶，李傳輝，
申請(專利權)人：北京衛星制造廠，
類型：發明
國別省市：北京;11