飞机制孔末端执行器法向检测方法及误差分析

提出了一种基于接触式位移传感器和自适应柔性压力脚末端的制孔法向检测结构,用于飞机制孔机器人末端执行器。柔性压力脚适应并贴合待测曲面,三个接触式位移传感器测得压力脚末端的偏移量,结合三角面片逼近曲面的方法可以获得待测曲面的近似法向及其偏角。通过理论建模,分析了测量误差随多个相关因素变化的情况,得到了在当前使用工况下法向测量误差的理论估计值。通过试验测定,得到了上述法向检测结构和方法的实际测量误差,验证了该法向检测结构和方法的有效性。     

线结构光视觉传感器测圆(类圆)孔中心两步法

针对基于工业机器人平台柔性三维视觉检测系统,提出线结构光视觉传感器测量空间圆(类圆)孔中心两步法。根据线结构光视觉传感器测量模型,确定被测圆心近似z向坐标。根据圆心相对摄像机光心的方位,确定被测圆心的x、y向坐标。该方法突破了传统空间圆(类圆)孔中心测量仅能采用双目视觉传感器的方式。研究结果表明,该方法切实可行,可以满足实际测量需求,能够极大地扩展线结构光视觉传感器的应用范围。     

基于线结构光视觉传感器的圆孔定位误差分析

针对空间圆（类圆）孔几何量测量,传统视觉测量方法一般采用双目立体模型,基于立体像对实现对圆孔空间位置的测量,由于传感器成本、体积、重量等的限制,在特殊视觉系统,尤其在发展迅速的基于工业机器人平台的柔性视觉检测系统中均凸显其不足。本文基于单摄像机架构的线结构光视觉传感器,提出圆（类圆）孔定位两步法,并对被测圆心x ,y ,z 向坐标测量误差进行了详细讨论和分析。通过对被测圆心定位误差的分析计算,在实际测量应用中,z 向测量精度可以优于±0.25mm,x, y 向测量精度优于±0.006mm。研究结果表明该方法切实可行,可以满足实际测量需求,极大地扩展了线结构光视觉传感器的应用范围。     

面向制孔机器人的视觉检测系统设计与实现

在视觉传感器标定精确的基础上,对基准孔位置的检测进行了研究,计算出待加工孔实际位置的补偿参数,实现机器人加工孔位置的修正,并通过Socket通信实现上位机和视觉传感器的数据交互,以控制机器人制孔系统的精确性。     

一种新型的接触式曲面测量机器人系统

设计了一种用于曲面形貌特征测量的机器人系统。该机器人测量系统采用弹性探针和六维腕力传感器相结合的方法采集待测曲面表面特征点的三维坐标数据，然后运用CAD／CAM软件对所得数据进行处理，很好地解决了曲面形貌测量的问题。讨论了该系统的工作原理、信号和数据处理方法及软件设计，给出了初步的实验结果。     

复杂曲面测量机器人运动学分析及测量路径规划研究

以往的机器人测量系统基本上都是通过手眼标定来提高系统的精度,受各方面的影响因素较大,提出一种利用IGPS来实时获取工业机器人末端测量传感器在全局坐标系下的位置,通过轨迹规划技术保证测量轨迹时刻和被测工件表面法向相一致,为复杂零件的深孔形貌测量及基于全局位置的点云拼接奠定了基础。分析了测量机器人的运动学关系,通过仿真和实验验证了轨迹规划的正确性。     

用激光三点法进行深孔轴直线测量

深孔轴线直线度检测是全国性难题,文章构建了深孔直线度检测模型,首次提出"激光三点法",并设计了一种基于该方法的孔轴线直线度非接触式检测装置,介绍了装置核心部件的工作原理,分析了装置检测姿态,得到了任意孔截面的圆心空间坐标关于三个激光探头所测距离和光栅角度传感器所测转角的矩阵关系式,可准确得到深孔轴线对理想轴线的偏斜。装置具有自适应性,为非接触式检测,可全程动态检测并实时反映深孔轴线直线度水平。     

基于图像处理的位移测量传感器设计

针对光栅尺、容栅尺等位移测量仪器不易于现场安装的缺点,提出一种基于图像处理的位移传感器装置,使其在满足分辨率与响应速度的条件下,最大限度降低安装要求。该传感器基于激光鼠标原理,通过改进光学组件,使得传感器与参照物可以保持比较长的非接触空间。同时根据不同场合的需求,换装不同放大率的光学组件,以得到不同工作距离、分辨率的传感器。实验表明,该传感器易于安装在多数平面运动的待测物上,具有成本低、精度高、线性度好的优点,可广泛用于普通机床的数显改造、机器人的精确定位等场合。     

带矢量的STL切片处理的实现

采用机器人携带喷枪进行表面喷涂时，喷枪的运行轨迹（位置和角度）是决定喷涂质量的关键，为此需要快速而准确地获得待喷涂零件表面上各点的位置和该点处的法向矢量。本文提出了一种由程序直接获取机器人运行轨迹的方法：首先在普通CAD软件中对待喷涂零件三维建模并转换为STL文件，然后对STL文件的数据格式进行矢量扩展和切片处理，得到一系列带有方向的点系，最后按照一定规律排序形成机器人的运行轨迹。该方法将快速成形的切片技术用于表面喷涂工艺的机器人轨迹规划，从而精确地控制喷枪的运行位置、角度以及喷枪与待喷涂工件之间距离。最后还对得到的轨迹进行了模拟运行和机器人实际喷涂试验，证明了其准确性和有效性。     

基于逼近式回转定心法的孔心距测量

利用研制的激光位移传感器的机床测头,以机床为测量仪器的本体,提出了一种便捷高效的孔心距检测方法。该方法利用逼近式孔心定位法,借助机床坐标系,快速精确地得到孔心的相对坐标,进而获得被测工件的孔心距。与传统的孔心距测量方法相比,该方法具有快速、便捷、高精度、非接触式、在位检测的特性。利用一对标准环规验证了该方法的正确性,孔心距的测量精度在三坐标测量机上得到校验,测量误差达到微米级。实验证明:该方法能高效地完成孔心距的在位测量。     

基于光刀图像的机器人示教纠偏方法

为了解决机器人辅助在线检测系统示教过程中效率低、人为干预多的问题,针对孔类特征,提出一种通过处理光刀图像获取机器人位姿纠正参数的方法。在该方法中,纠偏过程按照将图像光刀线调整为水平方向、将被测特征调整至图像中央、根据不同特征调整最优扫描方向3个步骤进行。根据光刀图像可以求出测量坐标系与被测特征的位姿关系,并得到该位姿与理想测量位姿的偏差。经过坐标变换即可得到在机器人基坐标系下的调整参数。另外,可利用电脑控制机器人运动,从而实现了纠偏过程的自动化。实验结果表明,该方法可将初始的示教位姿修正为理想位姿,且比传统方式效率更高。     

基于传感器信息融合的机器人自动车桥架塞焊

本文描述了一种车桥架钣金连接塞焊孔焊接方法。该方法采用机器视觉和激光位移传感器信息融合方式,获取塞焊孔的形状、位置和孔深信息,自动引导机器人对不同大小和深度的塞焊孔采用不同的焊接参数进行焊接。解决了机器人采用固定焊接参数进行车桥架塞焊后焊孔质量不容易保证的问题。     

搬运机器人控制系统设计

设计了一种基于嵌入式软PLC的搬运机器人控制系统,利用激光雷达探测物体的形状和方位,伺服电机驱动丝杆螺母机械手抓取物体,压力传感器检测机械手抓取时作用在物体上的压力,四轮全向移动底盘实现机器人在工作区域内各向灵活移动。在软PLC中设置两个独立运行的任务,分别执行主程序和数据处理量较大的物体探测子程序,系统的运行效率和实时性得到保证。实验表明,该控制系统能使机器人准确探测并运送待搬运的物体,多任务的软PLC系统运行稳定。     

基于旋转半波片和交替电流测量的隧道超前探测光纤电流传感器灵敏度漂移补偿方法

用于隧道超前探测中电流测量的光纤电流传感器受环境影响,灵敏度产生漂移。文中提出了基于旋转半波片和交替电流测量的灵敏度漂移补偿方法,由于传感器灵敏度在短时间内漂移量较小,故利用继电器快速切换使两部分待测电流交替穿过光纤环,对应的传感器输出电压取商以得到待测电流在已知总电流中的占比,进一步解出待测电流的大小,这种比例运算降低了长期测量中灵敏度漂移对测量结果的干扰。当传感器灵敏度过低影响交替电流测量的精度时,通过旋转半波片产生一个特定大小的双折射,提高传感器灵敏度。两种手段相结合的工作模式能够适应隧道内复杂的环境变化,现场实验表明,在4 h的测量中,传感器灵敏度漂移离散系数高达31.8%,但应用了基旋转半波片和交替电流测量的灵敏度漂移补偿方法后漂移的离散系数降低至1.39%,满足隧道超前探测中聚焦电流法对电流的测量要求。     

磁光阱异面空间角度测量及测量不确定度评定

随着空间几何量精密测量技术在装备制造工业的制造与装配过程中应用越来越广泛,角度计量正在从平面角度向空间角度发展。针对磁光阱的异面空间角度进行测量,使用平行平晶作为标准平面引出待测面法向量,并将其空间角度有效的划分成水平投影角和竖直投影角两个平面角度进行测量,保证了空间角度的可溯源性,得到磁光阱各待测面法向量间的空间角度偏差最大值为0.286 0 mrad;然后通过蒙特卡洛法评定该方法的测量不确定度为0.095 9 mrad;最后与三坐标测量机法比对结果中偏差最大值为0.184 2 mrad,在考虑待测面平面度指标为±0.145 4 mrad时,二者的一致性良好。目前该方法已在NIM5铯原子喷泉钟物理真空子系统的研制中进行了应用,证明了该方法能够满足测量的准确度要求。     

可嵌入式多维柔性力/位传感器

针对目前柔性多维传感器集成性差、灵敏度低等缺点,提出了一种基于液态合金微通道的三维柔性力/位传感器。首先,提出了双层对称液态合金微通道结构,建立了输入输出数学模型,确定了传感器最优结构尺寸;其次,提出一种经济高效的微孔抽丝成型工艺来对传感器本体和内部微通道进行一体化成型,并通过该工艺制作了传感器实验样机;最后,通过标定实验和应用实验验证了该多维柔性传感器对三维位移和拉力测量的可行性、准确性和稳定性。实验表明,在线性范围内,该传感器作为位移传感器测量绕X、Z轴弯曲变形灵敏度分别为85.7、70.5 mV/rad,测量拉伸位移的灵敏度为441 mV/mm;作为力传感器测量沿Y轴拉力的灵敏度为175.8 mV/N。该传感器可灵活嵌入到软体机器人内部或附着在待测物体表面进行力位混合测量,以实现对软体机器人的自感知反馈控制,提高软体机器人系统的集成度。     

基于6-SPU并联机构的飞机壁板铆接机器人逆运动学分析

针对飞机壁板等大型结构件曲面铆孔需求,提出了含闭环支链的6-SPU步行式铆孔机器人及其低副等效支链构型。基于提出的铆枪法向调姿方法和闭环矢量链法,建立了机器人机构逆运动学模型,采用数值搜索方法得到了机构的可达空间,分析了工作空间体积及形状的变化规律,并通过数值仿真算例验证了文中提出的构型和逆运动学模型的合理性。该研究工作可望为面向大型结构件加工的移动式加工平台的工程设计奠定理论基础。     

基于视觉检测的机器人自动制孔设备基准找正方法的研究

基准找正是机器人自动制孔中的一个重要环节,该环节直接影响整个制孔过程中的位置精度。检测系统的标定方法对最终的精度有着重要的影响。在对视觉传感器标定精确的基础上,探索整个检测系统的标定方法,并通过这种标定方法．完成对基准孔的检测,通过使用Socket完成上位与视觉传感器的通信。     

基于视觉定位的磁场分布检测系统

针对雷达电磁聚焦系统磁场分布的特殊检测要求,开发了一套基于视觉定位的磁场分布自动检测系统.该系统利用非线性标定法及坐标变换实现了各待测通孔轴心位置的精确测量及其向测量坐标系的转换,并根据视觉定位结果控制直角坐标检测机器人,能快速准确地实现对雷达电磁聚焦系统磁场分布的自动测量.     

激光三角法内孔测头固有几何参数标定方法

为了实现对内孔零件几何参数的完整测量,内孔测头除包括激光三角位移传感器外,还应包括带动传感器回转的机构和支撑壳体.受被测孔自身尺寸和传感器测量范围的限制,传感器回转轴线与其发射激光束可能因异面而存在偏心值a;此外,传感器输出的测量值是参照传感器内某一平面,但传感器回转轴线与该参考平面间也会存在偏移距离b.a和b是此类内孔测头的固有参数,与测量结果直接相关,但在整个测量过程中不变,需要对其进行参数标定后才能用于内孔几何参数的精密测量,最后提出一种标定此类内孔测头参数a和b的方法,并进行了实验验证.