一種改進的大曲率半徑曲面零件法向測量與調(diào)整方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于先進數(shù)字化裝配領(lǐng)域，具體涉及一種改進的大曲率半徑曲面零件法向 測量與調(diào)整方法。用于在機器人及其末端執(zhí)行器在智能裝配（貼片、制孔）過程中，自動識 別計算裝配區(qū)域的法向信息，根據(jù)計算結(jié)果進行相應(yīng)的機器人位姿調(diào)整，以便滿足法向精 度要求，為進一步的裝配提供精度保障。
【背景技術(shù)】
[0002] 曲面零件的自動加工和裝配過程中，末端執(zhí)行器需要在曲面的法向上進行制孔或 貼片等操作。因此曲面零件自動加工前需要進行曲面的法向調(diào)整，使得加工進給方向與加 工點的法向重合。法向調(diào)整的精度對加工質(zhì)量和產(chǎn)品的使用壽命有很大的影響。因而，高 效穩(wěn)定的法向測量調(diào)整方法可以提高曲面零件自動加工的質(zhì)量和效率。
[0003] 目前，曲面零件法向的測量及調(diào)整主要采用手動調(diào)整法和傳感器測量法。人工手 動調(diào)整法調(diào)整效率低、精度差且調(diào)整質(zhì)量也不穩(wěn)定；傳感器測量法是目前精度較高的測量 方法。專利CN102768006A就屬于傳感器測量法，該專利基于四個平行安裝的電渦流傳感 器，PLC數(shù)據(jù)采集及機器人控制技術(shù)，通過一定的算法可以測得曲面上待測區(qū)域的法向量， 但是該方法在工程應(yīng)用中存在一定的問題。該方法中傳感器的安裝平行于末端執(zhí)行器進給 方向，曲面上測量區(qū)域與電渦流傳感器中心所在長方形區(qū)域大小相同，測量區(qū)域的尺寸比 較大，同時由于測量區(qū)域近似處理為平面，用平面的法向代替局部曲面的法向，使存在曲率 的測量范圍內(nèi)曲面幾何信息失真。為了提高目標(biāo)點處法向計算精度，需要縮小測量范圍。本 專利從結(jié)構(gòu)設(shè)計方面入手，在結(jié)構(gòu)上將四個傳感器的安裝方向改為向內(nèi)傾斜錐度安裝，從 而縮小壁板上激光測量區(qū)域，用測量區(qū)域近似平面的法向可較準(zhǔn)確的代替該處曲面目標(biāo)點 的法向，有效提高測量精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決現(xiàn)有方法因為傳感器安裝要求或末端設(shè)計問題導(dǎo)致的法向測量范圍過 大進而導(dǎo)致精度低的問題，本發(fā)明提供一種改進的大曲率半徑曲面零件法向測量與調(diào)整 方法，采用位移傳感器測量壁板曲面上四個點的距離，計算法向誤差，生成機器人的調(diào)整參 數(shù)，控制系統(tǒng)依據(jù)參數(shù)改變機器人的姿態(tài)實現(xiàn)曲面法向的自動調(diào)整，從而提高大曲率曲面 零件自動加工和裝配的精度和質(zhì)量。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0006] 如圖1所示，末端執(zhí)行器上安裝有A、B、C、D四個激光位移傳感器，組成傳感器系 統(tǒng)，四個激光位移傳感器向內(nèi)傾斜錐度安裝，使得激光照射區(qū)域小于激光傳感器組成的矩 形區(qū)域，傳感器的安裝位置及空間角度圖中標(biāo)明。末端執(zhí)行器安裝在機器人第六關(guān)節(jié)末端， 在機器人的帶動下，到達(dá)預(yù)設(shè)定的空間位置。此時開啟傳感器進行空間測距，根據(jù)四個傳感 器采集到的距離信息，計算傳感器系統(tǒng)坐標(biāo)系（工具坐標(biāo)系）相對于壁板探測區(qū)域平面的 偏差角度，即X、Y軸與平面的夾角〇、妒，然后驅(qū)動機器人末端相對于傳感器坐標(biāo)系原點轉(zhuǎn) 動相應(yīng)的角度，通過迭代調(diào)整滿足精度要求。本方法依次調(diào)整兩軸的角度誤差，由于第一個 軸的角度偏差調(diào)整后，傳感器系統(tǒng)的坐標(biāo)系相對于壁板平面相對位置發(fā)生變化，在調(diào)整第 二個軸角度偏差之前，需再次采集測距信息，依據(jù)更新后的測距信息，進行第二軸與平面的 偏差計算與調(diào)整控制。整個方法的步驟如下：
[0007] 步驟1 :對末端執(zhí)行器上四個激光位移傳感器組成的傳感器系統(tǒng)進行標(biāo)定：四個 激光位移傳感器的測量中心組成一個矩形平面ABCD，測量矩形平面長度AD=a和寬度AB =b，并以矩形平面中心為工具坐標(biāo)系OXYZ的原點，矩形平面為工具坐標(biāo)系OXYZ的XY面， OX軸平行于矩形平面寬度方向，OY軸平行于矩形平面長度方向，工具坐標(biāo)系OXYZ固連在末 端執(zhí)行器上；四個激光位移傳感器向內(nèi)傾斜錐度安裝；A、D兩點的激光在同一平面e上，且 該平面e與OZ軸的夾角為a;B、C兩點的激光在同一平面G上，且該平面G與OZ軸的 夾角為a;A、B兩點的激光在同一平面n上，且該平面n與OZ軸的夾角為P;C、D兩點 的激光在同一平面I上，且該平面I與OZ軸的夾角為e;
[0008] 步驟2:控制末端執(zhí)行器運動到預(yù)定工作位置；
[0009] 步驟3:利用激光位移傳感器測得激光位移傳感器測量中心與工作面距離AAxl、 BBxl、CCxl、DDxl;利用距離AA xl、BBxl、CCxl、DDxl計算OX軸與工作面上的局部平面y的夾角 〇i，所述局部平面y為四個激光位移傳感器照射在工作面上的點Axl、Bxl、Cxl、Dxl組成的 面；
[0013] V1V4= b；
[0014] 步驟4:判斷夾角〇i是否滿足精度要求，若滿足，則進入步驟5,如不滿足，則調(diào)整 末端執(zhí)行器，使工具坐標(biāo)系繞OY軸旋轉(zhuǎn)角度〇i，然后返回步驟3 ;
[0015] 步驟5:利用激光位移傳感器測得激光位移傳感器測量中心與工作面距離AAyl、 BByl、CCyl、DDyl;利用距離AA yl、BByl、CCyl、DDyl計算OY軸與工作面上的局部平面S的夾角 啊，所述局部平面S為四個激光位移傳感器照射在工作面上的點\1、8,1、（； 1、11組成的 面；
[0020] 步驟6 :判斷夾角Cp1是否滿足精度要求，若滿足，調(diào)整結(jié)束，如不滿足，則調(diào)整末端 執(zhí)行器，使工具坐標(biāo)系繞OX軸旋轉(zhuǎn)角度軌，然后返回步驟5。
[0021] 有益效果
[0022] 本發(fā)明相比與現(xiàn)有技術(shù)，具有以下優(yōu)點：
[0023] 1)采用機器人作為法向調(diào)整的運動機構(gòu)，增加了操作空間的開敞性，提高了法向 調(diào)整的靈活性。
[0024] 2)將激光位移傳感器與機器人控制系統(tǒng)通過PLC集成，使得該發(fā)明具有良好的軟 件和硬件擴展性。在機器人端部的測量頭上添加設(shè)備并與PLC相連，可以方便的擴展設(shè)備 的功能。
[0025] 3)四個激光位移傳感器向內(nèi)傾斜錐度安裝，使得激光照射區(qū)域小于激光傳感器組 成的矩形區(qū)域，在結(jié)構(gòu)設(shè)計上巧妙的提高了測量區(qū)域的法向找準(zhǔn)精度，避免測量范圍過大 而導(dǎo)致的曲面壁板探測區(qū)域幾何信息失真。
[0026] 本發(fā)明優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通 過本發(fā)明的實踐了解到。
【附圖說明】
[0027] 本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)合下面附圖對實施例的描述中將變 得明顯和容易理解，其中：
[0028] 圖1貼片應(yīng)用不意圖；
[0029] 圖2末端執(zhí)行器示意圖；
[0030] 圖3激光傳感器系統(tǒng)及工具坐標(biāo)系；
[0031] 圖4激光位移傳感器工作原理示意圖；
[0032] 圖5末端執(zhí)行器ZOX平面示意圖；
[0033] 圖6末端執(zhí)行器ZOY平面示意圖；
[0034] 圖7工具坐標(biāo)系X軸與平面y角度偏差〇;
[0035]圖 8V1V^V3V4求解過程；
[0036] 圖9工具坐標(biāo)系Y軸與平面y角度偏差_
[0037]圖 10V5V6、V7V8求解過程。
【具體實施方式】
[0038] 下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附 圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0039] 本實施例要解決現(xiàn)有技術(shù)因為傳感器安裝要求或末端設(shè)計問題導(dǎo)致的法向測量 范圍過大進而導(dǎo)致精度低的問題。如圖1所示，末端執(zhí)行器上安裝有A、B、C、D四個激光位 移傳感器，組成傳感器系統(tǒng)，四個激光位移傳感器向內(nèi)傾斜錐度安裝，使得激光照射區(qū)域小 于激光傳感器組成的矩形區(qū)域，傳感器的安裝位置及空間角度圖中標(biāo)明。末端執(zhí)行器安裝 在機器人第六關(guān)節(jié)末端，在機器人的帶動下，到達(dá)預(yù)設(shè)定的空間位置。此時開啟傳感器進行 空間測距，根據(jù)四個傳感器采集到的距離信息，計算傳感器系統(tǒng)坐標(biāo)系（工具坐標(biāo)系）相對 于壁板探測區(qū)域平面的偏差角度，即X、Y軸與平面的夾角〇、卟然后驅(qū)動機器人末端相