一種基于測(cè)量數(shù)據(jù)的管路柔性裝焊機(jī)器人位姿計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于測(cè)量數(shù)據(jù)的管路柔性裝焊機(jī)器人位姿計(jì)算方法，是基于裝焊 系統(tǒng)的測(cè)量數(shù)據(jù)及設(shè)備位置，計(jì)算導(dǎo)管裝配時(shí)機(jī)器人位姿的方法。屬于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)制 造領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 管路系統(tǒng)在幾乎所有機(jī)電產(chǎn)品中都有廣泛的應(yīng)用，其功能主要是輸送介質(zhì)的通 道。特別是在航空航天領(lǐng)域，導(dǎo)管都是飛機(jī)或者各類航天器的重要組成部分，管路系統(tǒng)能夠 正常運(yùn)行是決定產(chǎn)品性能和質(zhì)量的一個(gè)很重要的條件。
[0003] 目前，航空航天類管路類型繁多、接口復(fù)雜而且多以單件或小批量的生產(chǎn)形式存 在。傳統(tǒng)的導(dǎo)管焊接需要設(shè)計(jì)專用的組合夾具，效率很低，且?jiàn)A具通用性低，準(zhǔn)備周期長(zhǎng)。 針對(duì)不同的焊接導(dǎo)管，需要設(shè)計(jì)大量不同的專用夾具，這大大增加了航空航天產(chǎn)品的研制 時(shí)間和成本，同時(shí)也給生產(chǎn)管理帶來(lái)極大不便。而且在生產(chǎn)過(guò)程中，由于受到操作者經(jīng)驗(yàn)水 平、工裝、定位精度以及測(cè)量精度等因素的影響，需對(duì)導(dǎo)管焊接后存在較大的誤差和變形， 無(wú)法達(dá)到精度要求，可見(jiàn)傳統(tǒng)的導(dǎo)管生產(chǎn)工藝已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)代產(chǎn)品的制造需求，所以很 有必要研宄建立面向管路生產(chǎn)的柔性裝焊系統(tǒng)。
[0004] 所設(shè)計(jì)的管路柔性裝焊方案基于視覺(jué)測(cè)量和機(jī)器人，根據(jù)測(cè)量到的導(dǎo)管數(shù)據(jù)，通 過(guò)計(jì)算得到機(jī)器人末端執(zhí)行器位姿，然后控制機(jī)器人抓取導(dǎo)管完成對(duì)接裝配任務(wù)。所以如 何計(jì)算機(jī)器人手部在空間的位姿是實(shí)現(xiàn)管路柔性裝焊的關(guān)鍵問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種針對(duì)基于視覺(jué)測(cè)量和機(jī)器人的管路柔性裝焊方案的 機(jī)器人位姿計(jì)算方法，用以快速計(jì)算機(jī)器人末端執(zhí)行器位姿，控制機(jī)器人抓取導(dǎo)管運(yùn)動(dòng)，實(shí) 現(xiàn)管路的柔性裝焊。
[0006] 管路柔性裝焊方案：管路柔性裝焊示意圖如圖1所示。系統(tǒng)工作時(shí)，機(jī)器人抓取兩 段導(dǎo)管在計(jì)算得到的機(jī)器人控制文件控制下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)兩段導(dǎo)管的對(duì)接裝配。
[0007] 圖1中出現(xiàn)參數(shù)，說(shuō)明如下：
[0008] O-XYZ :全局坐標(biāo)系取機(jī)器人的基座標(biāo)系。
[0009] Ot-XtYtZt:機(jī)器人工具坐標(biāo)系即TCP坐標(biāo)系。
[0010] Ol-XlYlZl:導(dǎo)管固聯(lián)坐標(biāo)系，在導(dǎo)管模型上定義。
[0011] 導(dǎo)管設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，即導(dǎo)管三維數(shù)模信息，包括導(dǎo)管對(duì)接端面中心點(diǎn)坐標(biāo) P。(X。，y。，Z。)，導(dǎo)管非對(duì)接端面中心點(diǎn)坐標(biāo)Pf。(xf。，yf。，z f。)，機(jī)器人抓取直線段方向 V1 (Vx1, Vy1, Vz1)，導(dǎo)管對(duì)接端面法向 Vp (vxp, vyp, vzp)。
[0012] 其他技術(shù)參數(shù)，說(shuō)明如下：
[0013] 導(dǎo)管測(cè)量數(shù)據(jù)：包括導(dǎo)管對(duì)接端（余量端）中心點(diǎn)測(cè)量坐標(biāo)Pm(xm，y m，zm);導(dǎo)管非 對(duì)接端中心點(diǎn)測(cè)量坐標(biāo)PFm(xfm，y fm，zfm);機(jī)器人抓取導(dǎo)管測(cè)量時(shí)的TCP測(cè)量位姿Tmra;機(jī)器 人回歸零位時(shí)的TCP零位位姿Tstct;導(dǎo)管余量A(Allowance);導(dǎo)管半徑R。
[0014] 機(jī)器人回歸零位時(shí)，導(dǎo)管對(duì)接端（余量端）中心點(diǎn)坐標(biāo)Ps (xs，ys，zs)，導(dǎo)管非對(duì)接 端中心點(diǎn)坐標(biāo)PFs (xfs，yfs，zfs)，導(dǎo)管對(duì)接端（余量端）中心點(diǎn)在機(jī)器人TCP坐標(biāo)系下的坐標(biāo) Ptap (xt，yt，zt)，導(dǎo)管非對(duì)接端中心點(diǎn)在機(jī)器人TCP坐標(biāo)系下的坐標(biāo)P Ftc;p (xft, yft, zft)，導(dǎo)管位 姿!\，機(jī)器人TCP點(diǎn)和導(dǎo)管非對(duì)接端中心點(diǎn)在導(dǎo)管固聯(lián)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)Pptap(x tp，ytp，ztp)和 FVp (xfp，yfp，zfp)。
[0015] 機(jī)器人抓取導(dǎo)管對(duì)接時(shí)，導(dǎo)管對(duì)接端中心點(diǎn)坐標(biāo)即導(dǎo)管對(duì)接位置Pd(xd，y d，Zd)，導(dǎo) 管非對(duì)接端中心點(diǎn)坐標(biāo)PFj (xfj，yfj，zfj)，導(dǎo)管位姿T\，機(jī)器人TCP對(duì)接位姿T jTCP。
[0016] 本發(fā)明提出的一種基于測(cè)量數(shù)據(jù)的管路柔性裝焊機(jī)器人位姿計(jì)算方法，包括下述 主要步驟：
[0017] 步驟一：計(jì)算機(jī)器人回歸零位時(shí)導(dǎo)管兩端中心點(diǎn)坐標(biāo)。
[0018] 步驟二：確定導(dǎo)管固聯(lián)坐標(biāo)系，計(jì)算機(jī)器人回歸零位時(shí)導(dǎo)管位姿。
[0019] 步驟三：計(jì)算導(dǎo)管對(duì)接裝配時(shí)，機(jī)器人TCP位姿。
[0020] 步驟四：計(jì)算機(jī)器人TCP坐標(biāo)系繞全局坐標(biāo)系三個(gè)坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)角度。
[0021] 本發(fā)明給出的一種基于測(cè)量數(shù)據(jù)的管路柔性裝焊機(jī)器人位姿計(jì)算方法，其優(yōu)點(diǎn)及 功效在于：與傳統(tǒng)的管路裝配焊接方法相比，本發(fā)明省去了繁多的樣管和夾具，提升了通用 性，降低了成本；能夠快速測(cè)量導(dǎo)管參數(shù)并且根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)快速計(jì)算機(jī)器人位姿，控制機(jī)器 人運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)管對(duì)接裝配，提升了管路生產(chǎn)效率。
【附圖說(shuō)明】
[0022] 圖1為本發(fā)明的管路柔性裝焊示意圖。
[0023] 圖2為本發(fā)明中機(jī)器人位姿計(jì)算流程圖。
[0024] 圖3為本發(fā)明中導(dǎo)管固聯(lián)坐標(biāo)系建立示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說(shuō)明：
[0026] 如圖2所示，本發(fā)明提出一種基于測(cè)量數(shù)據(jù)的管路柔性裝焊機(jī)器人位姿計(jì)算方 法，具體步驟如下：
[0027] 步驟一：計(jì)算機(jī)器人回歸零位時(shí)導(dǎo)管兩端中心點(diǎn)坐標(biāo)。
[0028] 根據(jù)公式（1)，可求得機(jī)器人回歸零位時(shí)，導(dǎo)管兩端面中心點(diǎn)坐標(biāo)Ps(x s，ys，zs)， Pps (XfS，yfS，zfS)，以及兩中心點(diǎn)在機(jī)器人TCP坐標(biāo)系下的坐標(biāo)P tap (xt, yt, zt)，
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種針對(duì)基于視覺(jué)測(cè)量和機(jī)器人的管路柔性裝焊方案的機(jī)器人位姿計(jì)算方法，其特 征在于：它包含如下參數(shù)： O-XYZ:全局坐標(biāo)系取機(jī)器人的基座標(biāo)系。 Ot-XtYtZt:機(jī)器人工具坐標(biāo)系即TCP坐標(biāo)系。 導(dǎo)管固聯(lián)坐標(biāo)系，在導(dǎo)管模型上定義。 導(dǎo)管設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，即導(dǎo)管三維數(shù)模信息，包括導(dǎo)管對(duì)接端面中心點(diǎn)坐標(biāo)Pjx。，y。，z。)，導(dǎo) 管非對(duì)接端面中心點(diǎn)坐標(biāo)Pf。(xf。，yf。，zf。)，機(jī)器人抓取直線段方向V1 (Vx1,Vy1,Vz1)，導(dǎo)管對(duì) 接端面法向Vp (vxp,vyp,vzp)。 導(dǎo)管測(cè)量數(shù)據(jù)：包括導(dǎo)管對(duì)接端（余量端）中心點(diǎn)測(cè)量坐標(biāo)Pm(Xm，ym，zm);導(dǎo)管非對(duì)接 端中心點(diǎn)測(cè)量坐標(biāo)PFm(Xfm，yfm，zfm);機(jī)器人抓取導(dǎo)管測(cè)量時(shí)的TCP測(cè)量位姿Tmra;機(jī)器人回 歸零位時(shí)的TCP零位位姿Tstop;導(dǎo)管余量A(Allowance);導(dǎo)管半徑R。 機(jī)器人回歸零位時(shí)，導(dǎo)管對(duì)接端（余量端）中心點(diǎn)坐標(biāo)Ps(xs，ys，zs)，導(dǎo)管非對(duì)接端 中心點(diǎn)坐標(biāo)PFs(xfs,yfs,zfs)，導(dǎo)管對(duì)接端（余量端）中心點(diǎn)在機(jī)器人TCP坐標(biāo)系下的坐標(biāo) Ptap (xt,yt,zt)，導(dǎo)管非對(duì)接端中心點(diǎn)在機(jī)器人TCP坐標(biāo)系下的坐標(biāo)PFtc;p (xft,yft,zft)，導(dǎo)管位 姿1\，機(jī)器人TCP點(diǎn)和導(dǎo)管非對(duì)接端中心點(diǎn)在導(dǎo)管固聯(lián)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)Pptap(xtp，ytp，ztp)和 FVp(xfp，yfp，zfp)。 機(jī)器人抓取導(dǎo)管對(duì)接時(shí)，導(dǎo)管對(duì)接端中心點(diǎn)坐標(biāo)即導(dǎo)管對(duì)接位置Pd(xd，yd，Zd)，導(dǎo)管非 對(duì)接端中心點(diǎn)坐標(biāo)PFj (xfj，yfj，zfj)，導(dǎo)管位姿T\，機(jī)器人TCP對(duì)接位姿TjTCP。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述針對(duì)基于視覺(jué)測(cè)量和機(jī)器人的管路柔性裝焊方案的機(jī)器人位 姿計(jì)算方法，其特征在于：它包括如下步驟： 步驟一：計(jì)算機(jī)器人回歸零位時(shí)導(dǎo)管兩端中心點(diǎn)坐標(biāo)。 步驟二：確定導(dǎo)管固聯(lián)坐標(biāo)系，計(jì)算機(jī)器人回歸零位時(shí)導(dǎo)管位姿。 步驟三：計(jì)算導(dǎo)管對(duì)接裝配時(shí)，機(jī)器人TCP位姿。 步驟四：計(jì)算機(jī)器人TCP坐標(biāo)系繞全局坐標(biāo)系三個(gè)坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)角度。
【專利摘要】本發(fā)明提出一種針對(duì)基于視覺(jué)測(cè)量和機(jī)器人的管路柔性裝焊方案的機(jī)器人位姿計(jì)算方法，其特征在于：包括下述步驟：(1)計(jì)算機(jī)器人回歸零位時(shí)導(dǎo)管兩端中心點(diǎn)坐標(biāo)；(2)確定導(dǎo)管固聯(lián)坐標(biāo)系，計(jì)算機(jī)器人回歸零位時(shí)導(dǎo)管位姿；(3)計(jì)算導(dǎo)管對(duì)接裝配時(shí)，機(jī)器人TCP位姿；(4)計(jì)算機(jī)器人TCP坐標(biāo)系繞全局坐標(biāo)系三個(gè)坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)角度。本發(fā)明借助視覺(jué)測(cè)量技術(shù)和工業(yè)機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行管路的柔性生產(chǎn)，省去了繁多的樣管和夾具，提升了通用性，降低了成本，提升了管路生產(chǎn)效率。
【IPC分類】G01C1-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104729455
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510105340
【發(fā)明人】鄭聯(lián)語(yǔ), 喬斌, 方維
【申請(qǐng)人】北京航空航天大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年6月24日
【申請(qǐng)日】2015年3月11日