一种基于工业机器人自动化装调的位姿确定方法技术

一种基于工业机器人自动化装调的位姿确定方法，首先令工业机器人抓取卫星天线反射器，并建立机器人基坐标系、机器人工作坐标系、反射器坐标系、安装坐标系、装配坐标系，然后在反射器上安装测量球得到测量点，根据各个坐标系之间的转换关系得到测量点的初始坐标、目的坐标，进而得到反射器初始位姿、目标位姿，最后根据反射器初始位姿、目标位姿控制工业机器人将卫星天线反射器安装到目标位置。本发明专利技术通过建立各个坐标系并得到各个坐标系之间的姿态转换矩阵，同时使用激光跟踪仪等精测手段得到待装调天线的精确坐标，将柔性化的工业机器人用于高精度的产品装配中，具有产品装调安全、效率高、精准的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于工业机器人自动化装调的位姿确定方法
本专利技术涉及一种工业机器人位姿确定方法，特别是一种基于工业机器人自动化装调的位姿确定方法。
技术介绍
自动化装配技术已历经半个多世纪的发展，已向着机械功能多元化、控制模块智能化的方向发展。在汽车、航空等工业领域已开始利用柔性化的工业机器人或定制的自动化装备高效、精准地完成了很多人工操作难以完成的工作。在很多高精度的装配领域，自动化的装调方式更是显得十分重要，其结合各种精测手段的辅助，能够实现高效精准的装调到位。近年来，随着中国航天事业的快速发展，航天器产品的数量和种类不断上升，对产品装配精度的要求也越来越高。其中，又以星载天线等高精度结构的装配尤为困难，以往完全依靠传统的手工操作方法，工作效率低，技术风险高。因此，将高精度的自动装调技术引入到卫星部件的精密装调中，发展高精度的自动化装调技术，是解决航天产品高精度装配困难的切实有效的途径，而实现自动化装调的基础之一就是需要实时计算确定待装调部件的初始位姿及目标位姿，即需要一种工业机器人自动化装调的位姿确定方法。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于工业机器人自动化装调的位姿确定方法。本专利技术的技术解决方案是：一种基于工业机器人自动化装调的位姿确定方法，包括如下步骤：(1)令工业机器人抓取卫星天线反射器，然后以机器人底座自身坐标系为机器人基坐标系，以机器人末端法兰盘圆心作为原点、法兰盘所在平面作为XOY面、XOY面的法向方向作为Z轴指向建立机器人工作坐标系，根据待装调的卫星天线反射器形状任意建立坐标系作为反射器坐标系，以安装平台底面中心为原点、底面作为XOY面、以XOY面的法线方向作为Z轴指向建立安装坐标系，将激光跟踪仪的自身坐标系作为装配坐标系；(2)在卫星天线反射器上安装至少三个测量球作为卫星天线反射器测量点，使用激光跟踪仪测量三个测量点在装配坐标系下的坐标，根据装配坐标系、机器人工作坐标系的姿态转换矩阵得到三个测量点在机器人工作坐标系下的坐标作为初始姿态；(3)选取卫星天线反射器中能够得到卫星天线反射器结构形状的关键点，根据卫星天线反射器测量点坐标、卫星天线反射器结构形状，得到卫星天线反射器关键点、卫星天线反射器测量点在装配坐标系下的位置转换关系；(4)获取卫星天线反射器关键点在装配坐标系下的目标坐标，根据卫星天线反射器关键点、卫星天线反射器测量点在装配坐标系下的位置转换关系得到卫星天线反射器测量点在装配坐标系下的目标坐标；(5)获取装配坐标系、安装坐标系的姿态转换矩阵，根据装配坐标系、安装坐标系的姿态转换矩阵得到卫星天线反射器测量点在安装坐标系下的目标坐标；(6)获取安装坐标系、机器人基坐标系的姿态转换矩阵，根据安装坐标系、机器人基坐标系的姿态转换矩阵得到卫星天线反射器测量点在机器人基坐标系下的目标坐标；(7)读取当前位置下机器人基坐标系、机器人工作坐标系的姿态转换矩阵，并根据机器人基坐标系、机器人工作坐标系的姿态转换矩阵得到卫星天线反射器测量点在机器人工作坐标系下的目标坐标作为目标位姿；(8)将步骤(2)、步骤(7)得到的卫星天线反射器初始位姿、目标位姿送至工业机器人，控制工业机器人根据卫星天线反射器初始位姿、目标位姿将卫星天线反射器安装到目标位置。所述的卫星天线反射器为椭球体。所述的反射器坐标系为椭球坐标系。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)本专利技术与现有技术相比，通过建立各个坐标系并得到各个坐标系之间的姿态转换矩阵，得到了一种实时测量计算确定待装调部件的初始位姿及目标位姿方法，解决了工业机器人自动化装调所需位姿的问题，具有计算简单、实现方便的优点；(2)本专利技术与现有技术相比，通过一种动态位姿确定方法得到工业机器人自动化装调所用的位姿，使得工业机器人能够用于产品装配中，解决了现有的手工操作方式在结构装配中具有的工作效率低、技术风险高的缺陷，在避免装调风险的同时，还具有装调效率高的优点；(3)本专利技术通过计算得到工业机器人自动化装调所用的初始位姿及目标位姿，将柔性化的工业机器人用于高精度的产品装配中，并使用激光跟踪仪等精测手段得到待装调天线的精确坐标，进而将待装调天线高效精准的放置到待安装位置，与现有的人工装调方式相比更加精准。附图说明图1为本专利技术一种基于工业机器人自动化装调的位姿确定方法原理流程图；图2为本专利技术一种基于工业机器人自动化装调的位姿确定方法中坐标变换示意图。具体实施方式本专利技术以卫星固面反射器天线为对象，提出了一种基于工业机器人自动化装调的位姿确定方法，包括坐标系建立、初始位置及目标位置的测量与求解等整套适用于工业机器人自动化装调的位置计算方法，具有较好的实用价值与应用前景。如图1所示本专利技术方法通过如下步骤实现：(1)令柔性化的工业机器人(比如六自由度工业机器人)抓取卫星天线反射器，并建立装配中应用到的所有坐标系，如图2所示将激光跟踪仪自身坐标系作为装配坐标系(激光跟踪仪自身坐标系)，以机器人底座自身坐标系为机器人基坐标系(测量坐标系)，以机器人末端法兰盘圆心作为原点、法兰盘所在平面作为XOY面、XOY面的法向方向作为Z轴指向建立机器人工作坐标系，以椭球形待装调反射器的椭球坐标系作为反射器坐标系，以安装平台底面中心为原点、底面作为XOY面、以XOY面的法线方向作为Z轴指向建立安装坐标系，其中，装配坐标系原点为(x0，y0，z0)，机器人基坐标系原点为(x1，y1，z1)，机器人工作坐标系原点为(x2，y2，z2)，反射器坐标系原点为(x3，y3，z3)，安装坐标系原点为(x4，y4，z4)。(2)在卫星天线反射器上安装至少三个测量球作为卫星天线反射器测量点，使用激光跟踪仪测量三个测量点在装配坐标系下的初始位姿，根据装配坐标系、机器人工作坐标系的姿态转换矩阵得到三个测量点在机器人工作坐标系下的坐标作为初始姿态；(3)选取卫星天线反射器中能够得到卫星天线反射器结构形状的关键点，根据卫星天线反射器测量点坐标、卫星天线反射器结构形状，得到卫星天线反射器关键点、卫星天线反射器测量点在装配坐标系下的位置转换关系；(4)获取卫星天线反射器关键点在装配坐标系下的目标坐标，根据卫星天线反射器关键点、卫星天线反射器测量点在装配坐标系下的位置转换关系得到卫星天线反射器测量点在装配坐标系下的目标坐标；(5)获取装配坐标系、安装坐标系的姿态转换矩阵，根据装配坐标系、安装坐标系的姿态转换矩阵得到卫星天线反射器测量点在安装坐标系下的目标坐标；(6)获取安装坐标系、机器人基坐标系的姿态转换矩阵，根据安装坐标系、机器人基坐标系的姿态转换矩阵得到卫星天线反射器测量点在机器人基坐标系下的目标坐标；(7)读取当前位置下机器人基坐标系、机器人工作坐标系的姿态转换矩阵，并根据机器人基坐标系、机器人工作坐标系的姿态转换矩阵得到卫星天线反射器测量点在机器人工作坐标系下的目标坐标作为目标位姿；(8)将步骤(2)、步骤(7)得到的卫星天线反射器初始位姿、目标位姿提供给工业机器人，控制工业机器人根据卫星天线反射器初始位姿、目标位姿进行姿态的调整，实现将卫星天线反射器安装到位。其中，上述卫星天线反射器关键点为卫星天线反射器中体现形状结构的位置点，比如，当卫星天线反射器为椭球体时，其关键点包括椭球体的中心点本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于工业机器人自动化装调的位姿确定方法，其特征在于包括如下步骤：(1)令工业机器人抓取卫星天线反射器，然后以机器人底座自身坐标系为机器人基坐标系，以机器人末端法兰盘圆心作为原点、法兰盘所在平面作为XOY面、XOY面的法向方向作为Z轴指向建立机器人工作坐标系，根据待装调的卫星天线反射器形状任意建立坐标系作为反射器坐标系，以安装平台底面中心为原点、底面作为XOY面、以XOY面的法线方向作为Z轴指向建立安装坐标系，将激光跟踪仪的自身坐标系作为装配坐标系；(2)在卫星天线反射器上安装至少三个测量球作为卫星天线反射器测量点，使用激光跟踪仪测量三个测量点在装配坐标系下的坐标，根据装配坐标系、机器人工作坐标系的姿态转换矩阵得到三个测量点在机器人工作坐标系下的坐标作为初始姿态；(3)选取卫星天线反射器中能够得到卫星天线反射器结构形状的关键点，根据卫星天线反射器测量点坐标、卫星天线反射器结构形状，得到卫星天线反射器关键点、卫星天线反射器测量点在装配坐标系下的位置转换关系；(4)获取卫星天线反射器关键点在装配坐标系下的目标坐标，根据卫星天线反射器关键点、卫星天线反射器测量点在装配坐标系下的位置转换关系得到卫星天线反射器测量点在装配坐标系下的目标坐标；(5)获取装配坐标系、安装坐标系的姿态转换矩阵，根据装配坐标系、安装坐标系的姿态转换矩阵得到卫星天线反射器测量点在安装坐标系下的目标坐标；(6)获取安装坐标系、机器人基坐标系的姿态转换矩阵，根据安装坐标系、机器人基坐标系的姿态转换矩阵得到卫星天线反射器测量点在机器人基坐标系下的目标坐标；(7)读取当前位置下机器人基坐标系、机器人工作坐标系的姿态转换矩阵，并根据机器人基坐标系、机器人工作坐标系的姿态转换矩阵得到卫星天线反射器测量点在机器人工作坐标系下的目标坐标作为目标位姿；(8)将步骤(2)、步骤(7)得到的卫星天线反射器初始位姿、目标位姿送至工业机器人，控制工业机器人根据卫星天线反射器初始位姿、目标位姿将卫星天线反射器安装到目标位置。...

【技术特征摘要】
1.一种基于工业机器人自动化装调的位姿确定方法，其特征在于包括如下步骤：(1)令工业机器人抓取卫星天线反射器，然后以机器人底座自身坐标系为机器人基坐标系，以机器人末端法兰盘圆心作为原点、法兰盘所在平面作为XOY面、XOY面的法向方向作为Z轴指向建立机器人工作坐标系，根据待装调的卫星天线反射器形状任意建立坐标系作为反射器坐标系，以安装平台底面中心为原点、底面作为XOY面、以XOY面的法线方向作为Z轴指向建立安装坐标系，将激光跟踪仪的自身坐标系作为装配坐标系；(2)在卫星天线反射器上安装至少三个测量球作为卫星天线反射器测量点，使用激光跟踪仪测量任意三个测量点在装配坐标系下的坐标，根据装配坐标系、机器人工作坐标系的姿态转换矩阵得到经过测量的三个测量点在机器人工作坐标系下的坐标作为初始姿态；(3)选取卫星天线反射器中能够得到卫星天线反射器结构形状的关键点，根据卫星天线反射器测量点坐标、卫星天线反射器结构形状，得到卫星天线反射器关键点、卫星天线反射器测量点在装配坐标系下的位置转换关系；(4)获取卫星天线反射器关键点在装配坐标系下的目标坐标，根据卫星天线反射器关键...

【专利技术属性】
技术研发人员：喻懋林，侯伟，胡溶溶，李传辉，
申请(专利权)人：北京卫星制造厂，
类型：发明
国别省市：北京;11