一种液压支架位姿检测装置和方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110108202A(43)申请公布日2019.08.09(21)申请号201910156640.4(22)申请日2019.03.01(71)申请人太原理工大学地址030024山西省太原市迎泽西大街79号(72)发明人杨学军王然风王怀法(74)专利代理机构太原晋科知识产权代理事务所(特殊普通合伙)14110代理人任林芳(51)Int.Cl.G01B11/00(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图3页(54)发明名称一种液压支架位姿检测装置和方法(57)摘要本发明公开了一种液压支架位姿检测装置和方法，仅利用液压支架底座上特征轮廓的三个点就可以对液压支架的六个自由度位姿进行检测，方便、快捷、简单、精度较高。该方法也可对其它领域的物体位姿检测提供借鉴。CN110108202ACN110108202A权利要求书1/2页1.一种液压支架位姿检测装置，其特征在于，包括控制显示部分和扫描执行部分；所述扫描显示部分设置于所述控制显示部分的上部；其中，所述扫描执行部分包括42步进电机(1)，联轴器(2)，滚珠丝杆固定座(3)，滚珠螺母和滑轨连接器(4)，滚珠螺母(5)，滚珠丝杆(6)，滑轨(7)，滑块(8)，滑轨和激光雷达连接装置(9)，激光雷达(10)，防爆外壳(11)；两个滚珠丝杆固定座(3)安装在防爆外壳(11)上面并支撑着滚珠丝杆(6)，滚珠螺母(5)套在滚珠丝杆(6)上，通过滚珠螺母和滑轨连接器(4)与滑轨(7)的一端固定，滑块(8)固定在防爆外壳上，滑轨(7)穿过滑块(8)后通过滑轨雷达连接器(9)与激光雷达(10)连接；当滚珠丝杆(6)由电机驱动正反转旋转时，滑轨(7)受滑块(8)约束只能沿一条直线运动，从而带动激光雷达(9)前后运动；控制显示部分包括液晶显示器(12)，第一行程开关(13)，电机驱动(14)，控制器及电源(15)和第二行程开关(16)；在防爆外壳(11)内，通过电源(15)进行供电，控制器由arduino作为控制核心，其通过A4988芯片来控制42步进电机(1)的正反转和速度，通过第一行程开关(13)和第二行程开关(16)控制激光雷达(9)的起始位置和最大位移，通过读取激光雷达(9)对液压支架特征点的角度和距离数据，并结合42步进电机(1)速度和运行时间，经过计算，得到液压支架相对检测装置的六自由度位姿，然后把计算出的位姿信息通过防爆外壳(11)外液晶显示器(12)进行显示输出。2.一种液压支架位姿检测方法，利用如权利要求1所述的位姿检测装置进行检测，其特征在于，包括以下步骤：利用机器人携带位姿检测装置行走在液压支架人工行走平台上，当其行走到支架上四个立柱的中心位置时，启动装置对液压支架相对机器人的位姿进行检测；同步启动42步进电机(2)和激光雷达(9)，从t＝0开始计时，设定滑轨(7)的直线运动速度为v，检测三个待测角度点A、B、C的坐标，以求解液压支架相对机器人及检测装置的位姿；在液压显示器上显示解液压支架相对机器人及检测装置的六个位姿参数值。3.根据权利要求2所述的液压支架位姿检测方法，其特征在于，求解液压支架相对机器人及检测装置的位姿的步骤包括：检测出A、B、C点坐标RA＝(Ax，Ay，Az)，RB＝(Bx，By，Bz)，RC＝(Cx，Cy，Cz)；R求解AC直线的方程，再根据过点B的直线BOS与直线AC垂直条件，求出垂足OS的坐标，Os＝(Osx，Osy，Osz)；设定待测支架相对检测装置的位姿为L(S，R)＝(δ，ε，ζ，d，e，f)，OS在{R}系的坐标表示R为Os＝(Osx，Osy，Osz)，其坐标值即为其在{R}系的位置，即d＝Osxe＝Osyf＝Osz；根据得到的OS，A，B三点的坐标，{S}系中两坐标轴YS，ZS在{R}系中用向量表示为：OSYS＝OSA＝(Ax-Osx)i+(Ay-Osy)j+(Az-Osz)k＝(a2i+b2j+c2k)m1OSZS＝OSB＝(Bx-Osx)i+(By-Osy)j+(Bz-Osz)k＝(a3i+b3j+c3k)m2设定{S}坐标系为右手坐标系，则XS轴在{R}系向量为：OSXS＝OSA×OSB＝[(Ay-Osy)(Bz-Osz)-(By-Osy)(Az-Osz)]i+[(Az-Osz)(Bx-Osx)-(Bz-Osz)(Ax-Osx)]j+[(Ax-Osx)(By-Osy)-(Bx-Osx)(Ay-Osy)]k＝(a1i+b1j+c1k)m32CN110108202A权利要求书2/2页其中，m1，m2，m3为比例系数。a1，b1，c1，a2，b2，c2，a3，b3，c3为OSXS，OSYS，OSZS三个坐标轴单位向量在XR，YR，ZR轴的分量；根据单位向量的值求出{S}系