激光制導(dǎo)測(cè)量機(jī)器人系統(tǒng)及應(yīng)用技術(shù)研究.pdf

1、激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)是目前最新型的便攜式空間大尺寸坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)，但在測(cè)量大型被測(cè)對(duì)象時(shí)，人工布點(diǎn)及測(cè)量過程繁雜，測(cè)量效率低，并造成被測(cè)對(duì)象幾何形狀變形，嚴(yán)重影響其測(cè)量精度。為解決以上問題，本文在傳統(tǒng)“光靶運(yùn)動(dòng)—光束跟蹤”式激光跟蹤測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)上，研究了新型的“光束運(yùn)動(dòng)—光靶跟蹤”式激光制導(dǎo)測(cè)量方法。研制開發(fā)了一種能夠在復(fù)雜型面的被測(cè)對(duì)象表面上運(yùn)動(dòng)的小型輪臂復(fù)合式激光制導(dǎo)測(cè)量機(jī)器人系統(tǒng)。該系統(tǒng)可直接利用被測(cè)對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，同時(shí)控制測(cè)量激光束運(yùn)

2、動(dòng)和制導(dǎo)測(cè)量機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)對(duì)象自動(dòng)高效測(cè)量。本文主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新性工作如下：
　　 1.提出了新型“光束運(yùn)動(dòng)—光靶跟蹤”式的激光制導(dǎo)測(cè)量方法，并在此基礎(chǔ)上，研究了激光制導(dǎo)測(cè)量機(jī)器人技術(shù)及實(shí)現(xiàn)方法。
　　 2.研制開發(fā)了一種能夠在復(fù)雜型面的被測(cè)對(duì)象表面上運(yùn)動(dòng)的小型輪臂復(fù)合式激光制導(dǎo)測(cè)量機(jī)器人。該測(cè)量機(jī)器人機(jī)構(gòu)融合輪式結(jié)構(gòu)、臂式機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，具有重量輕、體積小、運(yùn)動(dòng)靈活和反應(yīng)快速等特點(diǎn)，可以根據(jù)不同被測(cè)對(duì)象表面特征變換測(cè)

3、量模式，利用輪式結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)在被測(cè)表面上快速平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)及可靠定位，利用臂式機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)靈活越障。并建立了測(cè)量機(jī)器人輪式和臂式運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。
　　 3.設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種快速、高集成度測(cè)量機(jī)器人控制系統(tǒng)，它集成視覺子系統(tǒng)、無線通訊模塊、運(yùn)動(dòng)定向模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊等功能。利用C++程序語言開發(fā)出了測(cè)量機(jī)器人控制系統(tǒng)串行通信軟件，并兼容圖形化、高級(jí)語言、匯編語言編程等優(yōu)點(diǎn)。給出了基于視覺子系統(tǒng)和光電編碼器測(cè)量機(jī)器人定位方法及原理。
　　 4.

4、開發(fā)了屏幕數(shù)據(jù)抓取與發(fā)送系統(tǒng)。利用屏幕數(shù)據(jù)抓取控制技術(shù)，在完全不考慮激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)內(nèi)部工作的情況下，實(shí)現(xiàn)了激光制導(dǎo)測(cè)量機(jī)器人與激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通訊。
　　 5.提出了基于CAD模型形狀特征和給定自由曲面數(shù)字化采樣點(diǎn)數(shù)的自適應(yīng)采樣算法；建立了CAD模型坐標(biāo)系、激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)坐標(biāo)系、激光制導(dǎo)測(cè)量機(jī)器人系統(tǒng)坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換公式；給出了激光制導(dǎo)測(cè)量機(jī)器人在被測(cè)工件上運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃與跟蹤控制方法。實(shí)現(xiàn)了直接利用被測(cè)對(duì)象數(shù)學(xué)

5、模型，同時(shí)控制激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)和激光制導(dǎo)測(cè)量機(jī)器人，自動(dòng)高效測(cè)量被測(cè)對(duì)象表面特征技術(shù)。
　　 最后我們利用激光跟蹤儀和三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)對(duì)研制激光制導(dǎo)測(cè)量機(jī)器人進(jìn)行復(fù)雜型面3D測(cè)量比對(duì)實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明激光制導(dǎo)測(cè)量機(jī)器人的測(cè)量精度為0.05mm+0.01 mm/m；且激光制導(dǎo)測(cè)量機(jī)器人系統(tǒng)可利用被測(cè)對(duì)象數(shù)學(xué)模型，同時(shí)控制激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)和測(cè)量機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)激光跟蹤測(cè)量和激光制導(dǎo)測(cè)量2種功能：(1)在測(cè)量激光束制導(dǎo)下，自動(dòng)跟蹤光束，可靠運(yùn)動(dòng)到