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面向大型结构协同测量的自动转站系统研究

面向大型结构协同测量的自动转站系统研究

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作者：黄智超南京航空航天大学

学位级别：硕士

飞机装配是飞机制造的关键环节。飞机装配中,大型结构件的待测特征复杂多样,多种数字化测量设备和待测部件需多次转站以获得完整的测量数据。协同测量系统仿真规划出测量设备和待测部件的最优站位,经由转站系统自动转站,测量任务能够被... 详细信息

飞机装配是飞机制造的关键环节。飞机装配中,大型结构件的待测特征复杂多样,多种数字化测量设备和待测部件需多次转站以获得完整的测量数据。协同测量系统仿真规划出测量设备和待测部件的最优站位,经由转站系统自动转站,测量任务能够被更准确协调地完成。本文面向大型结构待测特征的协同测量,开展自动转站系统研究,系统包含转站机器人等硬件模块、地图场及导航定位等算法模块,主要研究内容如下:(1)提出了自动转站系统标定方法,引入了视觉靶标作为转站机器人的定位参照,提高了系统的转站精度。标定转站机器人的运动偏差并提出基于补偿因子的运动控制补偿方法。引入视觉靶标作为转站机器人的定位参照,借助激光跟踪仪的反射靶球和视觉靶球标定视觉靶标,并用布尔沙误差模型评价视觉靶标标定偏差。(2)研究转站累积偏差的地图场的布置与耦合方法,提高了地图场构建精度。首先,构建基准坐标系,使其作为仿真地图、实测场景与导航地图耦合的基准。接着,拟合并仿真验证转站机器人累积偏差的函数关系,依据偏差关系布置视觉靶标。最后,提出拟合圆转站机器人位姿解算方法,并精确度量转站机器人初始化位姿关系,优化地图场耦合求解。(3)提出了基于视觉靶标位姿参照的导航定位方法,实现了转站路径的合理规划。针对扭曲路径影响转站运动精度和安全性的问题,提出基于视觉靶标位姿参照的导航定位方法。引入递推最小二乘,避免视觉靶标的外参矩阵解算陷入局部极值。设计基于靶标识别的分段导航方法,引入方向搜索因子并构建速度场模型,从而规划可行路径和速度。本文在硬件模块和软件模块的优化构建基础上,构建了模拟翼身对接系统,并验证自动转站系统在大型结构协同测量任务中的有效性。

关键词：协同测量转站系统运动学分析地图场视觉靶标导航方法

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