基于視覺測量的航天器艙段自動裝配系統(tǒng)及其裝配方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于航天器裝配領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代飛機、火箭及導彈的部件數(shù)量繁多、外形復雜、結(jié)構(gòu)輕薄易變形的特點使得其裝配成為了一項難度大、設(shè)計多領(lǐng)域的復雜工程。裝配工藝在很大程度上決定了飛機、火箭及導彈的最終質(zhì)量、制造成本和生產(chǎn)周期
[0003]目前，大部分航天器大型艙段的對接和分離為垂直狀態(tài)的吊裝方式，其安全與質(zhì)量主要依靠工藝人員的工程經(jīng)驗和操作人員的個體技能水平，對接的穩(wěn)定性與精度均無法得到保證。
[0004]大尺寸空間測量裝配技術(shù)在飛機、火箭及導彈的自動化生產(chǎn)過程中發(fā)揮了不可替代的重要作用。因此開展大尺寸空間測量裝配技術(shù)的研究，對于提升航天器生產(chǎn)的技術(shù)水平，具有非常重大的意義和價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有航天器大型艙段的對接和分離的穩(wěn)定性與精度無法得到保證的問題，本發(fā)明提供一種基于視覺測量的航天器艙段自動裝配系統(tǒng)及其裝配方法。
[0006]本發(fā)明的基于視覺測量的航天器艙段自動裝配系統(tǒng)，
[0007]所述裝配系統(tǒng)包括移動靶標、固定靶標、視覺測量相機、控制器和伺服運動裝置；
[0008]所述移動靶標，用于標示主動艙段和被動艙段的位置和姿態(tài)，
[0009]固定靶標，用于標示主動艙段在運動過程中的位置和姿態(tài)；
[0010]視覺測量相機，用于對移動靶標和固定靶標成像，獲取圖像；
[0011]控制器，用于根據(jù)獲取的圖像，確定主動艙段和被動艙段的位置和姿態(tài)，進而獲得主動艙段與被動艙段的位置偏差；
[0012]伺服運動裝置，用于根據(jù)獲得的主動艙段與被動艙段的位置偏差，控制主動艙段單運動，直至消除位置偏差。
[0013]所述固定靶標安裝在主動艙段在對接過程中視覺測量相機無遮擋的位置，將測量基準從主動艙段的對接面轉(zhuǎn)移到艙外。
[0014]所述移動靶標上設(shè)置有標記點和觸頭，觸頭相對于標記點的位置通過標定精確已知；
[0015]所述固定靶標上設(shè)置有標記點。
[0016]步驟一、移動靶標設(shè)置在被動艙段對接端面上，利用視覺測量相機獲得被動艙段對接端面的圖像，獲得對移動革E標上標記點相對于視覺測量相機的坐標，根據(jù)獲得的坐標，建立被動艙段坐標系，進而獲得被動艙段相對于視覺測量相機的位置和姿態(tài)；
[0017]步驟二、移動靶標設(shè)置在主動艙段對接端面上，利用視覺測量相機獲得主動艙段的圖像，獲得對被動革E標上標記點相對于視覺測量相機的坐標，根據(jù)獲得的坐標，建立主動艙段坐標系；
[0018]步驟三、將固定靶標固定在主動艙段上，利用視覺測量相機獲得主動靶標上標記點相對于視覺測量相機的坐標，獲得固定靶標的位置和姿態(tài)，建立固定靶標的坐標系；結(jié)合步驟二建立的主動艙段坐標系，獲得固定靶標的坐標系到主動艙段坐標系的坐標轉(zhuǎn)換關(guān)系;
[0019]步驟四、對固定靶標進行實時測量，將測量結(jié)果通過步驟三獲得的轉(zhuǎn)換關(guān)系得到主動艙段相對于視覺測量相機的位置和姿態(tài)，并與步驟一中獲得的被動艙段相對于視覺測量相機的位置和姿態(tài)進行比較，獲得主動艙段與被動艙段的位置偏差；
[0020]步驟五:判斷獲得的位置偏差是否小于裝配誤差，若是，則裝配完成，若否，則控制伺服運動裝置運動，減小主動艙段與被動艙段的位置偏差，轉(zhuǎn)入步驟四。
[0021]所述移動靶標設(shè)置在被動艙段對接端面上，且在被動艙段對接端面上分布三個標記點；
[0022]所述移動靶標設(shè)置在主動艙段對接端面上，且在主動艙段對接端面上分布三個標記點；所述主動艙段對接端面上分布三個標記點與在被動艙段對接端面上分布三個標記點相對應。
[0023]本發(fā)明的有益效果在于，本發(fā)明提供一種通過視覺測量、閉環(huán)控制完成航天器艙段對接裝配的自動化系統(tǒng)。針對航天器艙段對接裝配的高精度要求，本發(fā)明測量中采用視覺測量技術(shù)，通過移動靶標2和與艙段固定的靶標建立艙段對接端面的坐標系，并轉(zhuǎn)艙段外表面，從而避免對接過程中對界端面被遮擋后無法完成對艙段位置姿態(tài)進行測量的情況。根據(jù)視覺的測量信息和對接的目標位置，采用誤差反饋的閉環(huán)控制，實現(xiàn)實時連續(xù)的自動化高精度對接，保證了精度和穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0024]圖1為【具體實施方式】一所述的基于視覺測量的航天器艙段自動裝配系統(tǒng)的原理示意圖，其中視覺測量相機5的坐標系為X0Y0Z0
[0025]圖2為【具體實施方式】二所述的基于視覺測量的航天器艙段自動裝配系統(tǒng)的裝配方法的原理示意圖。
【具體實施方式】
[0026]【具體實施方式】一:結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式所述的基于視覺測量的航天器艙段自動裝配系統(tǒng)，所述裝配系統(tǒng)包括移動靶標2、固定靶標4、視覺測量相機5、控制器6和伺服運動裝置7 ;
[0027]所述移動靶標2，用于標示主動艙段2和被動艙段I的位置和姿態(tài)，
[0028]固定靶標4，用于標示主動艙段2在運動過程中的位置和姿態(tài)；
[0029]視覺測量相機5，用于對移動靶標2和固定靶標4成像，獲取圖像；
[0030]控制器6，用于根據(jù)獲取的圖像，確定主動艙段2和被動艙段I的位置和姿態(tài)，進而獲得主動艙段2與被動艙段I的位置偏差；
[0031]伺服運動裝置7，用于根據(jù)獲得的主動艙段2與被動艙段I的位置偏差，控制主動艙段2單運動，直至消除位置偏差。
[0032]所述固定靶標4安裝在主動艙段2在對接過程中視覺測量相機5無遮擋的位置，將測量基準從主動艙段2的對接面轉(zhuǎn)移到艙外。避免對接過程中由于遮擋造成無法測量，同時不需要人工輔助依次測量標記點，實現(xiàn)視覺測量相機5自動測量固定革El標4獲得主動艙段2的位置和姿態(tài)，簡化操作提高效率。
[0033]所述視覺測量相機5與地面相對固定，包括相機和鏡頭，通過對所述靶標成像，將圖像傳輸給所述控制器6后，通過算法提取靶標上的標記點在像平面上的坐標，進一步解算靶標相對于視覺測量相機5的位置和姿態(tài)；
[0034]所述移動靶標2上安裝一系列標記點和一個觸頭，觸頭相對于標記點的位置通過標定精確已知，通過所述視覺測量相機5對移動革E標2成像，根據(jù)移動革E標2上標記點在所述視覺測量相機5像平面的位置經(jīng)過所述處理器解算得到移動靶標2相對于所述相機的位置和姿態(tài)，進一步根據(jù)觸頭相對于標記點的位置關(guān)系得到標記點相對于所述視覺測量相機5的位置；
[0035]所述固定靶標4與主動艙段2固定，上面安裝一系列標記點，通過所述視覺測量相機5對固定靶標4成像，并進一步通過所述控制器6提取標記點相對于像平面的位置，進而解算所述主動艙段2的位置和姿態(tài)；
[0036]所述伺服運動裝置7其上安裝主動艙段2，完成主動艙段2位置和姿態(tài)的伺服運動控制，可以采用并聯(lián)機構(gòu)或者串聯(lián)機構(gòu)，實現(xiàn)主動艙段2三個平移自由度和三個轉(zhuǎn)動自由度的位置控制
[0037]所述控制器6根據(jù)視覺測量相機5對移動靶標2和固定靶標4的成像計算靶標的位置和姿態(tài)，并根據(jù)控制算法控制伺服運動裝置7實現(xiàn)主動艙段2向被動艙段I的靠近和對接；
[0038]所述被動艙段I對接端面上分布3個標記點，標記點可以且不限于銷孔、銷釘、工藝孔等，標記點用于建立被動艙段I的體坐標系；
[0039]所述主動艙段2對接端面上與被動艙段I相對應分布3個標記點，標記點可以且不限于銷孔、銷釘、工藝孔等，標記點用于建立主動艙段2的體坐標系；所述