[发明专利]一种部件间高精度自动对接的位姿检测方法

说明书

本发明公开了一种部件间高精度自动对接的位姿检测方法。该部件间高精度自动对接的位姿检测方法包括：获取第一对接部件表面上的第一待测标志物的坐标；获取第二对接部件表面上的第二待测标志物的坐标；获取第一对接部件的螺栓与螺孔的位姿对应的第一位姿引出部件的第一参考标志物的坐标；获取第二对接部件的螺栓与螺孔的位姿对应的第二位姿引出部件的第二参考标志物的坐标；确定第一参考标志物相对于第一待测标志物的位姿；确定第二参考标志物相对于第二待测标志物的位姿；确定第一对接部件和第二对接部件的位姿差。根据本发明的部件间高精度自动对接的位姿检测方法，可以解决现有技术中部件间对接速度慢，操作复杂的问题。

技术领域

本发明涉及舱段大部段位姿高精度检测技术领域，具体而言，涉及一种部件间高精度自动对接的位姿检测方法。

背景技术

在航空航天和船舶制造等领域，飞机、火箭和潜艇等装备的外形尺寸大、涉及部件和舱段多、结构轻薄易变形，并且各舱段往往由多家单位分段建造，再在总装厂进行整体协同对接。将分离的舱段对接成一个整体，这些大部件和舱段的对接是其中的重要环节，是技术难度大、涉及领域多的复杂工程。

以往大多依靠人工手动操作完成，即先将各部件分别置于托架或者拖车平台上，然后根据各部件的结合面上不同位置处的螺栓和螺孔，依靠若干工人推动其中一个部件缓慢接近另一个部件，并通过不断观测和反复调整螺栓、螺孔的相对位置，完成部件的对准插入操作。显然，上述人工手动对接方式存在很多难以克服的问题，例如：1)人眼从侧面观测螺栓和螺孔的位置，得到的位置偏差不够准确；2)观测人员只能给出一个调整方向和大致的调整值，需要反复调整才能达到对准，效率低；3)对操作人员的技术要求较高，操作人员的错误调整指令可能会对部件造成损坏。由此可以看出，人工方式无法满足大型机械部件对接的高速、高精度、高可靠性需求。

近年来，已有一些研究人员开始研究大型机械部件的对接。如易旺民等采用激光跟踪仪实现大型舱段对接中的水平对接(期刊：计算机集成制造系统；出版年月：2015年9月；题目：大型舱段对接中的水平对接技术；页码：2354-2360)，该方法较为成熟，可以实现舱段位姿的高精度测量，但此方法有如下两个缺点：1)激光跟踪仪价格十分昂贵，使得该方案成本较高，无法进行大范围推广；2)该方法需要在部件上设置球形的靶标，使用起来不方便。专利号CN105015800A设计的舱段对接系统采用激光跟踪仪测量舱段位姿，同样存在上述激光跟踪仪的缺点。邹伟金应用双目视觉实现刚体自动对接(学位论文题目：基于双目视觉的刚体自动对接系统的研究；保存地点：江西省南昌市；保存单位：南昌大学物理系；答辩年份：2011年)，即采用双目检测调整刚体对接面圆心的三维坐标，通过与已知的基准刚体对接面圆心坐标比较，得到三个轴方向的调整量。上述双目测量方法实现对接的方案存在如下几个问题：1)由于仅测出刚体部件对接面中心点的三维位置坐标只能保证两部件位置对齐，在部件横滚、俯仰和偏航三个姿态无法精确对齐的前提下，对接难以实现；2)由于双目视场区域较小的限制，该方法难以对体量较大的部件实施高精度的测量。

以上分析表明，现有的方法无法满足价格适中、高精度、操作简便的舱段大部段位姿测量需求。

发明内容

本发明的目的是提出一种部件间高精度自动对接的位姿检测方法，以解决现有技术中部件间对接速度慢，操作复杂的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种部件间高精度自动对接的位姿检测方法，包括：

获取第一对接部件表面上的第一待测标志物的坐标；

获取第二对接部件表面上的第二待测标志物的坐标；

获取第一对接部件的螺栓与螺孔的位姿对应的第一位姿引出部件的第一参考标志物的坐标；

获取第二对接部件的螺栓与螺孔的位姿对应的第二位姿引出部件的第二参考标志物的坐标；

确定第一参考标志物相对于第一待测标志物的位姿；