激光制導測量機器人系統及應用技術研究.pdf

1、激光跟蹤測量系統是目前最新型的便攜式空間大尺寸坐標測量系統，但在測量大型被測對象時，人工布點及測量過程繁雜，測量效率低，并造成被測對象幾何形狀變形，嚴重影響其測量精度。為解決以上問題，本文在傳統“光靶運動—光束跟蹤”式激光跟蹤測量技術基礎上，研究了新型的“光束運動—光靶跟蹤”式激光制導測量方法。研制開發(fā)了一種能夠在復雜型面的被測對象表面上運動的小型輪臂復合式激光制導測量機器人系統。該系統可直接利用被測對象的數學模型，同時控制測量激光束運

2、動和制導測量機器人，實現對被測對象自動高效測量。本文主要研究內容及創(chuàng)新性工作如下：
　　 1.提出了新型“光束運動—光靶跟蹤”式的激光制導測量方法，并在此基礎上，研究了激光制導測量機器人技術及實現方法。
　　 2.研制開發(fā)了一種能夠在復雜型面的被測對象表面上運動的小型輪臂復合式激光制導測量機器人。該測量機器人機構融合輪式結構、臂式機構的優(yōu)點，具有重量輕、體積小、運動靈活和反應快速等特點，可以根據不同被測對象表面特征變換測

3、量模式，利用輪式結構實現在被測表面上快速平穩(wěn)運動及可靠定位，利用臂式機構實現靈活越障。并建立了測量機器人輪式和臂式運動學模型。
　　 3.設計實現了一種快速、高集成度測量機器人控制系統，它集成視覺子系統、無線通訊模塊、運動定向模塊和電機驅動模塊等功能。利用C++程序語言開發(fā)出了測量機器人控制系統串行通信軟件，并兼容圖形化、高級語言、匯編語言編程等優(yōu)點。給出了基于視覺子系統和光電編碼器測量機器人定位方法及原理。
　　 4.

4、開發(fā)了屏幕數據抓取與發(fā)送系統。利用屏幕數據抓取控制技術，在完全不考慮激光跟蹤測量系統內部工作的情況下，實現了激光制導測量機器人與激光跟蹤測量系統之間的實時數據通訊。
　　 5.提出了基于CAD模型形狀特征和給定自由曲面數字化采樣點數的自適應采樣算法；建立了CAD模型坐標系、激光跟蹤測量系統坐標系、激光制導測量機器人系統坐標系之間的轉換公式；給出了激光制導測量機器人在被測工件上運動路徑規(guī)劃與跟蹤控制方法。實現了直接利用被測對象數學

5、模型，同時控制激光跟蹤測量系統和激光制導測量機器人，自動高效測量被測對象表面特征技術。
　　 最后我們利用激光跟蹤儀和三坐標測量機對研制激光制導測量機器人進行復雜型面3D測量比對實驗。結果表明激光制導測量機器人的測量精度為0.05mm+0.01 mm/m；且激光制導測量機器人系統可利用被測對象數學模型，同時控制激光跟蹤測量系統和測量機器人，實現激光跟蹤測量和激光制導測量2種功能：(1)在測量激光束制導下，自動跟蹤光束，可靠運動到