[发明专利]机器人末端经纬仪坐标系快速标定方法

说明书

本发明公开了一种航天器设备位姿自动测量系统机器人末端经纬仪快速标定方法，该方法通过现场布置4个以上公共靶标点，利用跟踪仪和一台经纬仪分别对公共靶标点P_i进行测量，获得公共靶标点在激光跟踪仪坐标系下的三维坐标以及在经纬仪坐标系下的方位角；再根据公共靶标点三维坐标、距离以及公共靶标点方位角，最终确定经纬仪坐标系与激光跟踪仪坐标系之间的相对方位关系。本发明摆脱传统利用两台经纬仪同时对多点进行测量的机器人末端经纬仪标定方法，大大提高机器人末端经纬仪现场标定过程的效率及便捷性，同时充分发挥经纬仪测角及跟踪仪测点位精度高的优势，有效提高机器人末端经纬仪标定精度，姿态标定精度优于5″，位置标定精度优于0.05mm。

技术领域

本发明属于航天器总装测试领域，具体涉及一种航天器设备位姿自动测量系统机器人末端经纬仪坐标系的快速标定方法，不仅可使自动测量系统的现场标定过程便捷、快速、易实施，而且可有效提高机器人经纬仪的标定精度。

背景技术

为了提高航天器总装过程中设备安装精度测量过程的自动化水平、灵活程度及柔性化水平，本发明人研究一种基于机器人与经纬仪相结合的航天器设备位姿信息自动准直及测量方法(受理号：201710085892.3)，以提高现场测量效率并减小人员占用率，有效满足航天器研制需求。在系统研制及使用过程中，为了实现系统中不同设备的有机统一，需要对不同设备之间的相对位姿关系进行精确标定，其中最重要的环节是机器人末端经纬仪坐标系与机器人工具坐标系及机器人末端激光跟踪靶标相对位姿关系的标定。

机器人末端经纬仪标定过程的核心环节是如何确定机器人末端经纬仪坐标系与激光跟踪仪坐标系之间的相对位姿关系。传统标定方法是将机器人末端经纬仪与另一台经纬仪组成经纬仪交会测量系统后，结合公共点的方法建立经纬仪测量系统与激光跟踪仪坐标系之间相对位姿关系，然后利用机器人末端经纬仪坐标系与经纬仪测量系统坐标系相对位姿关系间接确定机器人末端经纬仪坐标系与激光跟踪仪坐标系之间的相对位姿关系。

由于两台经纬仪组成的测量系统测点精度较低，直接影响上述标定结果精度及系统最终测量精度。另外，现场标定过程中需要架设两台经纬仪同时对公共点进行测量，使得标定过程复杂、效率低且不宜实施。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种机器人末端经纬仪快速标定方法，该方法充分利用经纬仪测角精度高与激光跟踪仪测点精度高的优势，仅利用机器人末端的一台经纬仪与激光跟踪仪配合即可实现其坐标系的快速标定，在提高标定精度同时大大提高现场标定过程的便捷性。

本发明是通过如下技术方案实现的：

为了便于现场标定实施，本发明的机器人末端经纬仪快速标定方法，快速建立机器人末端经纬仪坐标系与激光跟踪仪坐标系之间的相对位姿关系，然后利用事先标定完成的激光跟踪仪与机器人及末端激光跟踪靶标之间的关系，间接完成机器人末端经纬仪的快速标定。

机器人末端经纬仪快速标定方法，包括以下步骤：

1)在现场布置4个以上公共靶标点P_i，利用跟踪仪和一台经纬仪分别对公共靶标点P_i进行测量，获得公共靶标点P_i在激光跟踪仪坐标系O_L-X_LY_LZ_L下的三维坐标(X^L_pi,Y^L_pi,Z^L_pi),在经纬仪坐标系O_T-X_TY_TZ_T下的方位角(α^T_pi,β^T_pi)；根据跟踪仪测出的公共靶标点三维坐标，计算任意两个公共靶标点之间的距离D_ij，利用经纬仪获取的公共靶标点方位角，确定公共靶标点在经纬仪坐标系下的单位向量