一種基于測量數據的管路柔性裝焊機器人位姿計算方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種基于測量數據的管路柔性裝焊機器人位姿計算方法，是基于裝焊 系統的測量數據及設備位置，計算導管裝配時機器人位姿的方法。屬于計算機輔助設計制 造領域。
【背景技術】
[0002] 管路系統在幾乎所有機電產品中都有廣泛的應用，其功能主要是輸送介質的通 道。特別是在航空航天領域，導管都是飛機或者各類航天器的重要組成部分，管路系統能夠 正常運行是決定產品性能和質量的一個很重要的條件。
[0003] 目前，航空航天類管路類型繁多、接口復雜而且多以單件或小批量的生產形式存 在。傳統的導管焊接需要設計專用的組合夾具，效率很低，且夾具通用性低，準備周期長。 針對不同的焊接導管，需要設計大量不同的專用夾具，這大大增加了航空航天產品的研制 時間和成本，同時也給生產管理帶來極大不便。而且在生產過程中，由于受到操作者經驗水 平、工裝、定位精度以及測量精度等因素的影響，需對導管焊接后存在較大的誤差和變形， 無法達到精度要求，可見傳統的導管生產工藝已經無法滿足現代產品的制造需求，所以很 有必要研宄建立面向管路生產的柔性裝焊系統。
[0004] 所設計的管路柔性裝焊方案基于視覺測量和機器人，根據測量到的導管數據，通 過計算得到機器人末端執行器位姿，然后控制機器人抓取導管完成對接裝配任務。所以如 何計算機器人手部在空間的位姿是實現管路柔性裝焊的關鍵問題。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在于提供一種針對基于視覺測量和機器人的管路柔性裝焊方案的 機器人位姿計算方法，用以快速計算機器人末端執行器位姿，控制機器人抓取導管運動，實 現管路的柔性裝焊。
[0006] 管路柔性裝焊方案：管路柔性裝焊示意圖如圖1所示。系統工作時，機器人抓取兩 段導管在計算得到的機器人控制文件控制下運動，實現兩段導管的對接裝配。
[0007] 圖1中出現參數，說明如下：
[0008] O-XYZ :全局坐標系取機器人的基座標系。
[0009] Ot-XtYtZt:機器人工具坐標系即TCP坐標系。
[0010] Ol-XlYlZl:導管固聯坐標系，在導管模型上定義。
[0011] 導管設計數據，即導管三維數模信息，包括導管對接端面中心點坐標 P。(X。，y。，Z。)，導管非對接端面中心點坐標Pf。(xf。，yf。，z f。)，機器人抓取直線段方向 V1 (Vx1, Vy1, Vz1)，導管對接端面法向 Vp (vxp, vyp, vzp)。
[0012] 其他技術參數，說明如下：
[0013] 導管測量數據：包括導管對接端（余量端）中心點測量坐標Pm(xm，y m，zm);導管非 對接端中心點測量坐標PFm(xfm，y fm，zfm);機器人抓取導管測量時的TCP測量位姿Tmra;機器 人回歸零位時的TCP零位位姿Tstct;導管余量A(Allowance);導管半徑R。
[0014] 機器人回歸零位時，導管對接端（余量端）中心點坐標Ps (xs，ys，zs)，導管非對接 端中心點坐標PFs (xfs，yfs，zfs)，導管對接端（余量端）中心點在機器人TCP坐標系下的坐標 Ptap (xt，yt，zt)，導管非對接端中心點在機器人TCP坐標系下的坐標P Ftc;p (xft, yft, zft)，導管位 姿!\，機器人TCP點和導管非對接端中心點在導管固聯坐標系下的坐標Pptap(x tp，ytp，ztp)和 FVp (xfp，yfp，zfp)。
[0015] 機器人抓取導管對接時，導管對接端中心點坐標即導管對接位置Pd(xd，y d，Zd)，導 管非對接端中心點坐標PFj (xfj，yfj，zfj)，導管位姿T\，機器人TCP對接位姿T jTCP。
[0016] 本發明提出的一種基于測量數據的管路柔性裝焊機器人位姿計算方法，包括下述 主要步驟：
[0017] 步驟一：計算機器人回歸零位時導管兩端中心點坐標。
[0018] 步驟二：確定導管固聯坐標系，計算機器人回歸零位時導管位姿。
[0019] 步驟三：計算導管對接裝配時，機器人TCP位姿。
[0020] 步驟四：計算機器人TCP坐標系繞全局坐標系三個坐標軸的旋轉角度。
[0021] 本發明給出的一種基于測量數據的管路柔性裝焊機器人位姿計算方法，其優點及 功效在于：與傳統的管路裝配焊接方法相比，本發明省去了繁多的樣管和夾具，提升了通用 性，降低了成本；能夠快速測量導管參數并且根據測量數據快速計算機器人位姿，控制機器 人運動實現導管對接裝配，提升了管路生產效率。
【附圖說明】
[0022] 圖1為本發明的管路柔性裝焊示意圖。
[0023] 圖2為本發明中機器人位姿計算流程圖。
[0024] 圖3為本發明中導管固聯坐標系建立示意圖。
【具體實施方式】
[0025] 下面結合附圖，對本發明的技術方案做進一步的說明：
[0026] 如圖2所示，本發明提出一種基于測量數據的管路柔性裝焊機器人位姿計算方 法，具體步驟如下：
[0027] 步驟一：計算機器人回歸零位時導管兩端中心點坐標。
[0028] 根據公式（1)，可求得機器人回歸零位時，導管兩端面中心點坐標Ps(x s，ys，zs)， Pps (XfS，yfS，zfS)，以及兩中心點在機器人TCP坐標系下的坐標P tap (xt, yt, zt)，
【主權項】
1. 一種針對基于視覺測量和機器人的管路柔性裝焊方案的機器人位姿計算方法，其特 征在于：它包含如下參數： O-XYZ:全局坐標系取機器人的基座標系。 Ot-XtYtZt:機器人工具坐標系即TCP坐標系。 導管固聯坐標系，在導管模型上定義。 導管設計數據，即導管三維數模信息，包括導管對接端面中心點坐標Pjx。，y。，z。)，導 管非對接端面中心點坐標Pf。(xf。，yf。，zf。)，機器人抓取直線段方向V1 (Vx1,Vy1,Vz1)，導管對 接端面法向Vp (vxp,vyp,vzp)。 導管測量數據：包括導管對接端（余量端）中心點測量坐標Pm(Xm，ym，zm);導管非對接 端中心點測量坐標PFm(Xfm，yfm，zfm);機器人抓取導管測量時的TCP測量位姿Tmra;機器人回 歸零位時的TCP零位位姿Tstop;導管余量A(Allowance);導管半徑R。 機器人回歸零位時，導管對接端（余量端）中心點坐標Ps(xs，ys，zs)，導管非對接端 中心點坐標PFs(xfs,yfs,zfs)，導管對接端（余量端）中心點在機器人TCP坐標系下的坐標 Ptap (xt,yt,zt)，導管非對接端中心點在機器人TCP坐標系下的坐標PFtc;p (xft,yft,zft)，導管位 姿1\，機器人TCP點和導管非對接端中心點在導管固聯坐標系下的坐標Pptap(xtp，ytp，ztp)和 FVp(xfp，yfp，zfp)。 機器人抓取導管對接時，導管對接端中心點坐標即導管對接位置Pd(xd，yd，Zd)，導管非 對接端中心點坐標PFj (xfj，yfj，zfj)，導管位姿T\，機器人TCP對接位姿TjTCP。
2. 根據權利要求1所述針對基于視覺測量和機器人的管路柔性裝焊方案的機器人位 姿計算方法，其特征在于：它包括如下步驟： 步驟一：計算機器人回歸零位時導管兩端中心點坐標。 步驟二：確定導管固聯坐標系，計算機器人回歸零位時導管位姿。 步驟三：計算導管對接裝配時，機器人TCP位姿。 步驟四：計算機器人TCP坐標系繞全局坐標系三個坐標軸的旋轉角度。
【專利摘要】本發明提出一種針對基于視覺測量和機器人的管路柔性裝焊方案的機器人位姿計算方法，其特征在于：包括下述步驟：(1)計算機器人回歸零位時導管兩端中心點坐標；(2)確定導管固聯坐標系，計算機器人回歸零位時導管位姿；(3)計算導管對接裝配時，機器人TCP位姿；(4)計算機器人TCP坐標系繞全局坐標系三個坐標軸的旋轉角度。本發明借助視覺測量技術和工業機器人技術進行管路的柔性生產，省去了繁多的樣管和夾具，提升了通用性，降低了成本，提升了管路生產效率。
【IPC分類】G01C1-00
【公開號】CN104729455
【申請號】CN201510105340
【發明人】鄭聯語, 喬斌, 方維
【申請人】北京航空航天大學
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年3月11日