[发明专利]一种基于6自由度工业机器人的复杂结构件精密对接方法

权利要求书

1.一种基于6自由度工业机器人的复杂结构件精密对接方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：根据测量得到的结构件I、II的工艺特征点的实际空间位置拟合虚拟轴线；

所述结构件I、II的工艺特征点的选取依据为：根据工艺特征点能够拟合出结构件I、II的竖直位姿虚拟轴线、水平位姿虚拟轴线；

所述根据工艺特征点能够拟合出结构件I、II的竖直位姿虚拟轴线、水平位姿虚拟轴线，包括：

所述结构件I、II的工艺特征点A、B、C、D、E、F、G、H的空间位置坐标的结构化表达式为：

选取结构件I上A、B点拟合出表征结构件I竖直位姿的虚拟轴线L1，选取结构件II上C、D点拟合出表征结构件II竖直位姿的虚拟轴线L2，选取结构件I上E、F点拟合出表征结构件I水平位姿的虚拟轴线L3，过结构件II上H点做L2轴线的垂线拟合出表征结构件II水平位姿的虚拟轴线L4，以结构件II上G点做L2轴线的垂线拟合出表征结构件II水平位姿的虚拟轴线L5；

步骤2：根据虚拟轴线计算结构件I、II相对位姿关系；

所述结构件I、II相对位姿关系包括：结构件II相对于结构件I的水平x位移偏差、水平y位移偏差、垂直z位移偏差、偏航角α偏差、俯仰角β偏差、滚动角γ偏差；所述偏航角α为结构件II围绕Z轴旋转的角度；所述俯仰角β为结构件II围绕Y轴旋转的角度；所述滚动角γ为结构件II围绕X轴旋转的角度；

所述结构件I、II相对位姿关系计算具体包括：

①以A点为圆心，L1指向L2的方向为X轴正方向，遵循右手坐标系原则建立全局坐标系；

②计算俯仰角β偏差、滚动角γ偏差

将任意位置状态的结构件I、II向XOZ平面投影得到L1、L2轴线在XOZ平面投影轴线L1_y、L2_y，求解俯仰角β，即计算L2_y轴线与Z轴的偏移角度；

其中，为L1轴线向XOZ平面的投影，为L2轴线向XOZ平面的投影，

将任意位置状态结构件I、II向YOZ平面投影得到L1、L2轴线在YOZ平面投影轴线L1_x、L2_x，求解滚动角γ，即计算L2_x轴线与Z轴的偏移角度；

其中，为L1轴线向YOZ平面的投影，为L2轴线向YOZ平面的投影，

③计算偏航角α偏差

经过步骤①②的调整，L1、L2轴线已调整至两条平行直线状态，将L1、L2轴线向XOY平面投影得到L1_z、L2_z，根据L4、L5分别与L3轴线的实际夹角φ₁、求解偏航角α，即求解出最优α使调整目标夹角φ₁’、与理论值φ、的偏差最小；

由几何关系可知调整目标夹角φ₁’、与偏航角α和实际夹角φ₁、间存在以下关系：

构建如下描述函数：

则

其中，为L4轴线向XOY平面的投影，为L5轴线向XOY平面的投影，为L3轴线向XOY平面的投影，

④求解水平位移偏差px、py

水平位移偏差px、py是由XOY平面内轴线L1、L2的距离R以及轴线L1、L2投影点L1_z、L2_z连线与轴线L3之间的理论夹角λ确定的：

px＝R·sinλ-|L1_zL2_z|·sinλ′ (7)

py＝R·cosλ-|L1_zL2_z|·cosλ′ (8)

其中，为L1_z L2_z直线向XOY平面的投影，

⑤求解垂直位移pz

垂直位移pz是由L4、L5轴线在z轴方向上分别与L3轴线的高度差H₂、H₁确定的，即求解出最优pz调整量使得调整目标值H₁’,H₂’与理论值H₁,H₂的偏差最小，构建如下描述函数；

min f(pz)＝min[(H₁-H₁'+pz)²+(H₂-H₂'+pz)²] (10)

则其中，H'₁＝ez-gz，H'₂＝fz-hz；

控制6自由度工业机器人夹持结构件II并调整其位移变量，实现结构件II和结构件I的对接调姿定位。