基于視覺測(cè)量的航天器艙段自動(dòng)裝配系統(tǒng)及其裝配方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于航天器裝配領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代飛機(jī)、火箭及導(dǎo)彈的部件數(shù)量繁多、外形復(fù)雜、結(jié)構(gòu)輕薄易變形的特點(diǎn)使得其裝配成為了一項(xiàng)難度大、設(shè)計(jì)多領(lǐng)域的復(fù)雜工程。裝配工藝在很大程度上決定了飛機(jī)、火箭及導(dǎo)彈的最終質(zhì)量、制造成本和生產(chǎn)周期
[0003]目前，大部分航天器大型艙段的對(duì)接和分離為垂直狀態(tài)的吊裝方式，其安全與質(zhì)量主要依靠工藝人員的工程經(jīng)驗(yàn)和操作人員的個(gè)體技能水平，對(duì)接的穩(wěn)定性與精度均無法得到保證。
[0004]大尺寸空間測(cè)量裝配技術(shù)在飛機(jī)、火箭及導(dǎo)彈的自動(dòng)化生產(chǎn)過程中發(fā)揮了不可替代的重要作用。因此開展大尺寸空間測(cè)量裝配技術(shù)的研究，對(duì)于提升航天器生產(chǎn)的技術(shù)水平，具有非常重大的意義和價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有航天器大型艙段的對(duì)接和分離的穩(wěn)定性與精度無法得到保證的問題，本發(fā)明提供一種基于視覺測(cè)量的航天器艙段自動(dòng)裝配系統(tǒng)及其裝配方法。
[0006]本發(fā)明的基于視覺測(cè)量的航天器艙段自動(dòng)裝配系統(tǒng)，
[0007]所述裝配系統(tǒng)包括移動(dòng)靶標(biāo)、固定靶標(biāo)、視覺測(cè)量相機(jī)、控制器和伺服運(yùn)動(dòng)裝置；
[0008]所述移動(dòng)靶標(biāo)，用于標(biāo)示主動(dòng)艙段和被動(dòng)艙段的位置和姿態(tài)，
[0009]固定靶標(biāo)，用于標(biāo)示主動(dòng)艙段在運(yùn)動(dòng)過程中的位置和姿態(tài)；
[0010]視覺測(cè)量相機(jī)，用于對(duì)移動(dòng)靶標(biāo)和固定靶標(biāo)成像，獲取圖像；
[0011]控制器，用于根據(jù)獲取的圖像，確定主動(dòng)艙段和被動(dòng)艙段的位置和姿態(tài)，進(jìn)而獲得主動(dòng)艙段與被動(dòng)艙段的位置偏差；
[0012]伺服運(yùn)動(dòng)裝置，用于根據(jù)獲得的主動(dòng)艙段與被動(dòng)艙段的位置偏差，控制主動(dòng)艙段單運(yùn)動(dòng)，直至消除位置偏差。
[0013]所述固定靶標(biāo)安裝在主動(dòng)艙段在對(duì)接過程中視覺測(cè)量相機(jī)無遮擋的位置，將測(cè)量基準(zhǔn)從主動(dòng)艙段的對(duì)接面轉(zhuǎn)移到艙外。
[0014]所述移動(dòng)靶標(biāo)上設(shè)置有標(biāo)記點(diǎn)和觸頭，觸頭相對(duì)于標(biāo)記點(diǎn)的位置通過標(biāo)定精確已知；
[0015]所述固定靶標(biāo)上設(shè)置有標(biāo)記點(diǎn)。
[0016]步驟一、移動(dòng)靶標(biāo)設(shè)置在被動(dòng)艙段對(duì)接端面上，利用視覺測(cè)量相機(jī)獲得被動(dòng)艙段對(duì)接端面的圖像，獲得對(duì)移動(dòng)革E標(biāo)上標(biāo)記點(diǎn)相對(duì)于視覺測(cè)量相機(jī)的坐標(biāo)，根據(jù)獲得的坐標(biāo)，建立被動(dòng)艙段坐標(biāo)系，進(jìn)而獲得被動(dòng)艙段相對(duì)于視覺測(cè)量相機(jī)的位置和姿態(tài)；
[0017]步驟二、移動(dòng)靶標(biāo)設(shè)置在主動(dòng)艙段對(duì)接端面上，利用視覺測(cè)量相機(jī)獲得主動(dòng)艙段的圖像，獲得對(duì)被動(dòng)革E標(biāo)上標(biāo)記點(diǎn)相對(duì)于視覺測(cè)量相機(jī)的坐標(biāo)，根據(jù)獲得的坐標(biāo)，建立主動(dòng)艙段坐標(biāo)系；
[0018]步驟三、將固定靶標(biāo)固定在主動(dòng)艙段上，利用視覺測(cè)量相機(jī)獲得主動(dòng)靶標(biāo)上標(biāo)記點(diǎn)相對(duì)于視覺測(cè)量相機(jī)的坐標(biāo)，獲得固定靶標(biāo)的位置和姿態(tài)，建立固定靶標(biāo)的坐標(biāo)系；結(jié)合步驟二建立的主動(dòng)艙段坐標(biāo)系，獲得固定靶標(biāo)的坐標(biāo)系到主動(dòng)艙段坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系;
[0019]步驟四、對(duì)固定靶標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，將測(cè)量結(jié)果通過步驟三獲得的轉(zhuǎn)換關(guān)系得到主動(dòng)艙段相對(duì)于視覺測(cè)量相機(jī)的位置和姿態(tài)，并與步驟一中獲得的被動(dòng)艙段相對(duì)于視覺測(cè)量相機(jī)的位置和姿態(tài)進(jìn)行比較，獲得主動(dòng)艙段與被動(dòng)艙段的位置偏差；
[0020]步驟五:判斷獲得的位置偏差是否小于裝配誤差，若是，則裝配完成，若否，則控制伺服運(yùn)動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)，減小主動(dòng)艙段與被動(dòng)艙段的位置偏差，轉(zhuǎn)入步驟四。
[0021]所述移動(dòng)靶標(biāo)設(shè)置在被動(dòng)艙段對(duì)接端面上，且在被動(dòng)艙段對(duì)接端面上分布三個(gè)標(biāo)記點(diǎn)；
[0022]所述移動(dòng)靶標(biāo)設(shè)置在主動(dòng)艙段對(duì)接端面上，且在主動(dòng)艙段對(duì)接端面上分布三個(gè)標(biāo)記點(diǎn)；所述主動(dòng)艙段對(duì)接端面上分布三個(gè)標(biāo)記點(diǎn)與在被動(dòng)艙段對(duì)接端面上分布三個(gè)標(biāo)記點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。
[0023]本發(fā)明的有益效果在于，本發(fā)明提供一種通過視覺測(cè)量、閉環(huán)控制完成航天器艙段對(duì)接裝配的自動(dòng)化系統(tǒng)。針對(duì)航天器艙段對(duì)接裝配的高精度要求，本發(fā)明測(cè)量中采用視覺測(cè)量技術(shù)，通過移動(dòng)靶標(biāo)2和與艙段固定的靶標(biāo)建立艙段對(duì)接端面的坐標(biāo)系，并轉(zhuǎn)艙段外表面，從而避免對(duì)接過程中對(duì)界端面被遮擋后無法完成對(duì)艙段位置姿態(tài)進(jìn)行測(cè)量的情況。根據(jù)視覺的測(cè)量信息和對(duì)接的目標(biāo)位置，采用誤差反饋的閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)連續(xù)的自動(dòng)化高精度對(duì)接，保證了精度和穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0024]圖1為【具體實(shí)施方式】一所述的基于視覺測(cè)量的航天器艙段自動(dòng)裝配系統(tǒng)的原理示意圖，其中視覺測(cè)量相機(jī)5的坐標(biāo)系為X0Y0Z0
[0025]圖2為【具體實(shí)施方式】二所述的基于視覺測(cè)量的航天器艙段自動(dòng)裝配系統(tǒng)的裝配方法的原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]【具體實(shí)施方式】一:結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的基于視覺測(cè)量的航天器艙段自動(dòng)裝配系統(tǒng)，所述裝配系統(tǒng)包括移動(dòng)靶標(biāo)2、固定靶標(biāo)4、視覺測(cè)量相機(jī)5、控制器6和伺服運(yùn)動(dòng)裝置7 ;
[0027]所述移動(dòng)靶標(biāo)2，用于標(biāo)示主動(dòng)艙段2和被動(dòng)艙段I的位置和姿態(tài)，
[0028]固定靶標(biāo)4，用于標(biāo)示主動(dòng)艙段2在運(yùn)動(dòng)過程中的位置和姿態(tài)；
[0029]視覺測(cè)量相機(jī)5，用于對(duì)移動(dòng)靶標(biāo)2和固定靶標(biāo)4成像，獲取圖像；
[0030]控制器6，用于根據(jù)獲取的圖像，確定主動(dòng)艙段2和被動(dòng)艙段I的位置和姿態(tài)，進(jìn)而獲得主動(dòng)艙段2與被動(dòng)艙段I的位置偏差；
[0031]伺服運(yùn)動(dòng)裝置7，用于根據(jù)獲得的主動(dòng)艙段2與被動(dòng)艙段I的位置偏差，控制主動(dòng)艙段2單運(yùn)動(dòng)，直至消除位置偏差。
[0032]所述固定靶標(biāo)4安裝在主動(dòng)艙段2在對(duì)接過程中視覺測(cè)量相機(jī)5無遮擋的位置，將測(cè)量基準(zhǔn)從主動(dòng)艙段2的對(duì)接面轉(zhuǎn)移到艙外。避免對(duì)接過程中由于遮擋造成無法測(cè)量，同時(shí)不需要人工輔助依次測(cè)量標(biāo)記點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)視覺測(cè)量相機(jī)5自動(dòng)測(cè)量固定革El標(biāo)4獲得主動(dòng)艙段2的位置和姿態(tài)，簡(jiǎn)化操作提高效率。
[0033]所述視覺測(cè)量相機(jī)5與地面相對(duì)固定，包括相機(jī)和鏡頭，通過對(duì)所述靶標(biāo)成像，將圖像傳輸給所述控制器6后，通過算法提取靶標(biāo)上的標(biāo)記點(diǎn)在像平面上的坐標(biāo)，進(jìn)一步解算靶標(biāo)相對(duì)于視覺測(cè)量相機(jī)5的位置和姿態(tài)；
[0034]所述移動(dòng)靶標(biāo)2上安裝一系列標(biāo)記點(diǎn)和一個(gè)觸頭，觸頭相對(duì)于標(biāo)記點(diǎn)的位置通過標(biāo)定精確已知，通過所述視覺測(cè)量相機(jī)5對(duì)移動(dòng)革E標(biāo)2成像，根據(jù)移動(dòng)革E標(biāo)2上標(biāo)記點(diǎn)在所述視覺測(cè)量相機(jī)5像平面的位置經(jīng)過所述處理器解算得到移動(dòng)靶標(biāo)2相對(duì)于所述相機(jī)的位置和姿態(tài)，進(jìn)一步根據(jù)觸頭相對(duì)于標(biāo)記點(diǎn)的位置關(guān)系得到標(biāo)記點(diǎn)相對(duì)于所述視覺測(cè)量相機(jī)5的位置；
[0035]所述固定靶標(biāo)4與主動(dòng)艙段2固定，上面安裝一系列標(biāo)記點(diǎn)，通過所述視覺測(cè)量相機(jī)5對(duì)固定靶標(biāo)4成像，并進(jìn)一步通過所述控制器6提取標(biāo)記點(diǎn)相對(duì)于像平面的位置，進(jìn)而解算所述主動(dòng)艙段2的位置和姿態(tài)；
[0036]所述伺服運(yùn)動(dòng)裝置7其上安裝主動(dòng)艙段2，完成主動(dòng)艙段2位置和姿態(tài)的伺服運(yùn)動(dòng)控制，可以采用并聯(lián)機(jī)構(gòu)或者串聯(lián)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)艙段2三個(gè)平移自由度和三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的位置控制
[0037]所述控制器6根據(jù)視覺測(cè)量相機(jī)5對(duì)移動(dòng)靶標(biāo)2和固定靶標(biāo)4的成像計(jì)算靶標(biāo)的位置和姿態(tài)，并根據(jù)控制算法控制伺服運(yùn)動(dòng)裝置7實(shí)現(xiàn)主動(dòng)艙段2向被動(dòng)艙段I的靠近和對(duì)接；
[0038]所述被動(dòng)艙段I對(duì)接端面上分布3個(gè)標(biāo)記點(diǎn)，標(biāo)記點(diǎn)可以且不限于銷孔、銷釘、工藝孔等，標(biāo)記點(diǎn)用于建立被動(dòng)艙段I的體坐標(biāo)系；
[0039]所述主動(dòng)艙段2對(duì)接端面上與被動(dòng)艙段I相對(duì)應(yīng)分布3個(gè)標(biāo)記點(diǎn)，標(biāo)記點(diǎn)可以且不限于銷孔、銷釘、工藝孔等，標(biāo)記點(diǎn)用于建立主動(dòng)艙段2的體坐標(biāo)系；所述