一种基于直线导轨式调姿机构和视觉测量辅助的细长筒段装配自动化控制方法

本发明涉及细长筒体类零件装配对接，特别涉及一种基于直线导轨式调姿机构和视觉测量辅助的细长筒段装配自动化控制方法。

背景技术：

1、大型航空航天装备在军事、工业等方面的应用越来越广泛，其生产制造在数量、规模、可靠性及质量等方面的要求也越来越高。航空航天装备如火箭、卫星、导弹等，通常由若干细长圆筒类部件组成，常采用“部装—总装”的生产模式，属于小批量多型号生产工艺。细长筒段对接是航天产品总装、测试及试验等环节的关键工序，要求较高的位姿定位精度。

2、目前我国整体上仍采用传统的对接方法进行大型装备的筒段对接工作，将目标筒段固定在对接平台上，利用轨道将筒段移动到目标位置，通过工人手眼配合，人工调整随动筒段的位置姿态进行对接。整个过程装配周期长，自动化、智能化程度较低，而且无法保证对接精度的一致性。

3、随着自动化和数字化技术发展，引入自动化对接技术来完成筒段对接工艺。通过先进的测量设备结合自动化调姿系统，一套对接工装便可完成两节细长筒段的位姿精确调整和对接任务，相较人工具有明显优势。但是，自动化对接过程中由于安装、传动等环节存在误差，会导致筒段的调姿定位精度下降。操作人员无法感知装配过程中的筒段位姿实时变化情况，导致装配任务执行后需要借助人工进行装配状态判断。若精度不能满足设计要求，很可能需要重新执行工艺，甚至导致工件受损。

4、因此，目前的自动化对接设备无法实现闭环控制从而保证整体产品质量的一致性，也制约了对接效率的提升。

技术实现思路

1、本发明针对细长筒段对接过程中，缺乏装配状态识别及自动化控制功能因而不能自动化装配的问题，提出一种基于直线导轨式调姿机构和视觉测量辅助的细长筒段装配自动化控制方法，该方法首先将筒段与基座统一在全局坐标系中，然后开启自动化对接，实时解算筒段的位姿变化。基于状态识别方法判断当前装配状态，如果完成装配则结束自动化控制，如果未完成装配，则基于位姿误差，进一步求解调姿平台的运动量，并发送至下位机驱动执行。执行后，重复判断装配状态，直到完成装配，从而保证细长筒段自动化对接完毕。

2、本发明提供的一种基于直线导轨式调姿机构和视觉测量辅助的细长筒段装配自动化控制方法，包括：

3、构建细长筒段对接的全局坐标系。分别基于导轨建立基坐标系，基于筒段对接端面建立筒段坐标系，为细长筒段自动化对接过程提供统一的坐标基准；

4、将建系结果导入自动化控制软件，启动自动化装配；

5、基于自动化控制方法实时运行程序，计算筒段的调姿参数，完成细长筒段的自动化装配。

6、优选地，直线导轨式调姿机构在y向(横移)、z向(升降)各具备2单套直线导轨系统，可各自实现线性运动，并在同方向上联动调整，在x向具备至少1套直线导轨系统和横滚调整系统，可实现轴向线性运动和滚转运动。

7、优选地，视觉测量辅助设备由相机、测量光笔、标记点等组成，采用机器视觉技术获取测量点的空间坐标位置。

8、优选地，完成细长筒段装配自动化控制的过程包括：

9、s1、将待装配筒段放置于调姿平台上。建立细长筒段的测量基坐标系和筒段坐标系，在筒段侧面粘贴多个跟踪标记点，采集标记点起始数据；

10、s2、将建系结果导入自动化控制软件，启动自动化装配；

11、s3、基于跟踪测量设备，实时拍摄标记点的位姿数据，并求解筒段坐标系的位姿变换；

12、s4、基于筒段坐标系的实时位姿数据，通过状态判定算法判断筒段当前的装配状态；

13、其中，如果装配完成，则结束测量和自动化控制；

14、如果装配未完成，则继续自动化控制，执行s5-s6步骤；

15、s5、将待调整的筒段坐标系的六自由度位姿数据与目标位姿数据作差，得到相对位姿六自由度数据，并求解调姿平台各电机的执行量；

16、s6、将电机执行量发送至控制器启动调姿，重复执行s3。

17、优选地，所述s1的具体过程包括：

18、采集调姿平台上关键测量点数据，建立测量基坐标系；

19、采集筒段对接端面采集关键销/孔测量点数据，建立筒段坐标系；

20、在筒段侧面粘贴多个跟踪标记点，采集标记点起始数据。

21、优选地，所述s3的具体过程包括：

22、跟踪测量标记点的实时位姿，构成每时刻的点集数据；

23、基于svd方法，对t-1时刻和t时刻的点集求解得到两个点集之间的空间转换矩阵t；

24、基于s1所建立的筒段坐标系起始数据，矩阵相乘得到筒段坐标系的实时位姿数据。

25、优选地，在筒段处于静止状态时，根据筒段当前位姿判定接下来控制流程的执行步骤，判定控制流程的具体过程包括：

26、多次测量确定筒段的当前稳定位姿数据；

27、状态识别模块以当前筒段位姿数据作为输入，识别当前调姿状态；

28、根据装配精度要求，判定其调姿结果是否满足当前阶段，输出待执行阶段。

29、优选地，所述s5的具体过程包括：

30、根据s4所输出的执行阶段，明确本控制周期的目标位姿数据；

31、将筒段待调姿的自由度位姿数据分别与目标位姿数据作差，得到各自由度方向的需要调整量；

32、基于计算的各自由度调整量和直线型调姿平台的具体尺寸参数，将偏航角、俯仰角的调整映射到y、z两方向的对接台位移上，得到各调姿平台的运动量。

33、优选地，所述s6的具体过程包括：

34、将各调姿平台的位移量存入数组中，通过控制通讯传递至下位机；

35、向下位机发送启动指令。

36、本发明具有如下技术效果：

37、本发明针对细长筒段对接过程中，缺乏装配状态识别及自动化控制功能因而不能自动化装配的问题，提出一种基于直线导轨式调姿机构和视觉测量辅助的细长筒段装配自动化控制方法，可以实现细长筒段对接的自动化装配过程，提升了细长筒段的装配效率。

38、使用统一的装配精度规划细长筒段自动化对接过程的调姿参数，保证筒段装配精度和质量的一致性。

39、在具体对接工艺实施过程中，可实现全自动化对接控制，无需额外操作人员辅助，极大地减轻了操作人员的劳动强度。

技术特征：

1.一种基于直线导轨式调姿机构和视觉测量辅助的细长筒段装配自动化控制方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于直线导轨式调姿机构和视觉测量辅助的细长筒段装配自动化控制方法，其特征在于，直线导轨式调姿机构包括：

3.根据权利要求1所述的基于直线导轨式调姿机构和视觉测量辅助的细长筒段装配自动化控制方法，其特征在于，视觉测量辅助机构包括：

4.根据权利要求1所述的基于直线导轨式调姿机构和视觉测量辅助的细长筒段装配自动化控制方法，其特征在于，细长筒段结构包括：

5.根据权利要求1所述的基于直线导轨式调姿机构和视觉测量辅助的细长筒段装配自动化控制方法，其特征在于，所述实时拍摄标记点的位姿数据并求解筒段坐标系的位姿变换的具体过程包括：

6.根据权利要求1所述的基于直线导轨式调姿机构和视觉测量辅助的细长筒段装配自动化控制方法，其特征在于，在筒段处于静止状态时，根据筒段当前位姿判定接下来控制流程的执行步骤，判定控制流程的具体过程包括：

7.根据权利要求1所述的基于直线导轨式调姿机构和视觉测量辅助的细长筒段装配自动化控制方法，其特征在于，当装配未完成时，求解调姿平台各电机执行量的具体过程包括：

技术总结本发明公开了一种基于直线导轨式调姿机构和视觉测量辅助的细长筒段装配自动化控制方法，包括：构建细长筒段对接的全局坐标系；将建系结果导入自动化控制软件，启动自动化装配；实时求解筒段坐标系的位姿变换；基于状态识别方法判定当前装配状态；基于位姿数据求解调姿参数；发送至控制器下位机启动对接。本发明可以实现在无需人工操作的情况下，完成细长筒段对接的自动化装配过程，提升细长筒段的装配效率和质量一致性。技术研发人员：郑联语,肖若瑶,周健受保护的技术使用者：北京航空航天大学技术研发日：技术公布日：2024/9/26