一种基于定位器的大型结构部件位姿调整方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115741073A(43)申请公布日2023.03.07(21)申请号202211242864.5(22)申请日2022.10.11(71)申请人北京动力机械研究所地址100074北京市丰台区云岗西路17号院(72)发明人张海洲张有瑞李启春张忠清周垚周恺(74)专利代理机构北京艾纬铂知识产权代理有限公司16101专利代理师吴亚兰(51)Int.Cl.B23P19/10(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图1页(54)发明名称一种基于定位器的大型结构部件位姿调整方法(57)摘要本发明公开了一种基于定位器的大型结构部件位姿调整方法，该位姿调整方法：首先，测量大型结构部件上基准点的实测坐标和目标坐标，依据基准点测量数据解算待调整大型结构部件当前空间姿态和目标姿态的姿态差异，根据姿态差异计算得出三个定位器的调整量并驱动定位器进行运动调整；然后，再次测量大型结构部件上基准点的实测坐标和目标坐标，依据基准点测量数据解算待调整大型结构部件当前空间位置与目标位置之间的位置差异，并根据该位置差异驱动三个定位器进行运动，使基准点移动至目标位置。上述位姿调整方法中采用的调姿算法简单、容易实现、适应性好，避免大型结构部件调姿过程中出现非刚体性运动，可降低调姿内力，确保调姿过程安全。CN115741073ACN115741073A权利要求书1/2页1.一种基于定位器的大型结构部件位姿调整方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、将待调整大型结构部件通过工艺球铰接头连接于三自由度定位器、二自由度定位器和单自由度定位器上，三自由度定位器具有沿X轴、Y轴、Z轴方向的三个平动自由度，二自由度定位器具有沿Y轴、Z轴方向的两个平动自由度，单自由度定位器具有沿Z轴方向的一个平动自由度；步骤二、在待调整大型结构部件上设置n个基准点，其中，n≥4且n为正整数，测量每个基准点获得每个基准点的实测坐标；步骤三、根据基准点的实测坐标和目标坐标，计算待调整大型结构部件当前空间姿态和目标姿态的差异，即为待调整大型结构部件的空间姿态角度调整量α、β、γ，其中，α为待调整大型结构部件调姿后坐标系相对其调姿前坐标系对应X轴的夹角偏差，β为待调整大型结构部件调姿后坐标系相对其调姿前坐标系对应Y轴的夹角偏差，γ为待调整大型结构部件调姿后坐标系相对其调姿前坐标系对应Z轴的夹角偏差；步骤四、根据步骤三中角度调整量α、β、γ，计算三自由度定位器在X轴方向上的调整量Δx3a、在Y轴方向上的调整量Δy3a以及在Z轴方向上的调整量Δz3a，计算二自由度定位器在Y轴方向上的调整量Δy3b和在Z轴方向上的调整量Δz3b，计算单自由度定位器在Z轴方向上的调整量Δz3c；步骤五、根据计算的调整量，位姿调整控制系统协同控制驱动三自由度定位器在X、Y、Z轴向上运动，并驱动二自由度定位器在Y、Z轴向上运动和单自由度定位器在Z轴向上运动，以上各轴向协调同步运动；步骤六、对基准点进行重新测量，获得基准点的当前新坐标；步骤七、根据步骤六中测量得到的新坐标，计算获得待调整大型结构部件当前空间姿态与目标姿态的差异，若α、β、γ均等于零，则执行步骤八，否则返回步骤三；步骤八、根据步骤六中测量获得的基准点当前新坐标值，按照步骤三计算待调整大型结构部件当前空间位置与目标位置之间差异，即在X轴向的距离为Δx、Y轴向的距离为Δy、以及Z轴向的距离为Δz；步骤九、根据步骤八中计算出的位置差异，位姿调整控制系统协同控制驱动三自由度定位器沿X轴向移动Δx、沿Y轴向移动Δy、沿Z轴向移动Δz，驱动二自由度定位器沿Y轴向移动Δy、沿Z轴向移动Δz，驱动单自由度定位器沿Z轴向移动Δz；步骤十、再次对基准点进行重新测量，获得基准点的当前坐标；步骤十一、根据步骤十中测量得到的当前坐标，按照步骤三计算待调整大型结构部件当前空间位置与目标位置之间的差异，若Δx、Δy、Δz均等于零，则结束调姿过程，否则返回步骤八。2.如权利要求1所述的位姿调整方法，其特征在于，在步骤三中，基准点的实测坐标和目标坐标满足下式，采用高斯‑牛顿迭代法、四元数法或ICP算法解算待调整大型结构部件的空间姿态角度调整量α、β、γ以及位置调整量与Δx、Δy、Δz：2CN115741073A权利要求书2/2页TT上式中，Xio＝[xio,yio,zio],i＝1,2,…,n为n个基准点的目标坐标值，Xi＝[xi,yi,zi],Ti＝1,2,…,n为n个基准点的当前实测坐标值；Po＝[Δx，Δy，Δz]为大型结构部件的平移向量，其中Δx、Δy、Δz为待调整大型结构部件的空间位置调整量；R为大型结构部件姿态齐次坐标变换矩阵；R与空间姿态角度调整量α、β、γ之间的关系为：3.如权利要求1所述的位姿调整方法，其特征在于，在步