[发明专利]基于大型龙门倒挂协作机械臂的三维全外形测量系统及方法

权利要求书

1.基于大型龙门倒挂协作机械臂的三维全外形测量系统，其特征在于：包括移动桁架(1)、立柱(2)、可伸缩竖杆(3)、协作机械臂(4)、激光测量头(5)、U型轨移动车(6)、可升降旋转支撑杆(7)、动态跟踪头(8)、U型轨道(9)、平行长导轨(11)，用于供移动桁架(1)两端进行横向滑动的两段相同长度的平行长导轨(11)均由四根立柱(2)进行支撑，用于供U型轨移动车(6)进行滑动的U型轨道(9)两侧直线轨道段分别固定于两段平行长导轨(11)下层，两段平行长导轨(11)通过U型轨道(9)曲线轨道段相连，所述可伸缩竖杆(3)安装于移动桁架(1)上且于电机驱动下纵向伸缩，所述协作机械臂(4)安装于可伸缩竖杆(3)端头并随可伸缩竖杆(3)进行伸缩，同时利用设置于协作机械臂(4)端头的激光测量头(5)进行激光测量，所述U型轨移动车(6)安装于U型轨道(9)内并且于电机驱动下随U型轨道(9)进行滑动，所述动态跟踪头(8)安装于可升降旋转支撑杆(7)端头，可升降旋转支撑杆(7)安装端连接于U型轨移动车(6)上且随U型轨移动车(6)移动带动动态跟踪头(8)进行动态跟踪；

其中，所述激光测量头(5)、动态跟踪头(8)工作模式包括示教模式及自动测量模式，在同次测量过程中，激光测量头(5)、动态跟踪头(8)工作模式相同；

所述协作机械臂(4)与激光测量头(5)连接处安装有六维力传感器(15)，对测量过程中机械臂受力进行测量，当机械臂受力超过碰撞限定阈值时，停止测量，其中，所述碰撞限定阈值为2N-15N；

所述立柱(2)数量为8根，定位杆安装间距为1m～4m；

还包括协同控制工作站(14)，所述协同控制工作站(14)根据用户需求通过控制可伸缩竖杆(3)伸缩状态及协作机械臂(4)的姿态，同时控制U型轨移动车(6)滑动位置、可升降旋转支撑杆(7)的升降高度。

2.根据权利要求1所述的基于大型龙门倒挂协作机械臂的三维全外形测量系统，其特征在于：所述示教模式为：通过手工拖动方式带动协作机械臂(4)及移动桁架(1)，并调节可伸缩竖杆(3)对被测物进行扫描，将六维力传感器(15)实时测量的机械臂末端受力及力矩、协作机械臂(4)自带的示教器实时测量的协作机械臂(4)姿态数据均发送至协同控制工作站(14)，所述协同控制工作站(14)解算后生成测量路径后，转换为自动测量模式实现自动测量。

3.根据权利要求1所述的基于大型龙门倒挂协作机械臂的三维全外形测量系统，其特征在于：还包括被测运载AGV平台，所述被测运载AGV平台包括被测物，运载AGV(12)、定位杆(13)，所述被测物安装于运载AGV(12)上，用于对被测物进行定位的定位杆(13)围绕被测物均匀排布于运载AGV(12)上，对被测物开始测试时，运载AGV(12)将被测物带入指定位置并进行激光测量及动态跟踪。

4.根据权利要求3所述的基于大型龙门倒挂协作机械臂的三维全外形测量系统，其特征在于：所述定位杆(13)由定位杆三角体组合构成，所述定位杆三角体包括20°三角体(17)、40°三角体(18)、60°三角体(19)、80°三角体(20)，按角度由小到大排列成一个三角体组合。

5.根据权利要求4所述的基于大型龙门倒挂协作机械臂的三维全外形测量系统，其特征在于：所述定位杆三角体个数根据被测物高度选定。

6.根据权利要求5所述的基于大型龙门倒挂协作机械臂的三维全外形测量系统，其特征在于：所述20°三角体(17)、40°三角体(18)、60°三角体(19)、80°三角体(20)的等腰面均贴附定位点，定位点在每个等腰面的粘贴位置随机分布，且被测物上不贴附定位点。

7.根据权利要求1所述的基于大型龙门倒挂协作机械臂的三维全外形测量系统，其特征在于：所述20°三角体(17)、40°三角体(18)、60°三角体(19)、80°三角体(20)材质为碳纤维。

8.基于大型龙门倒挂协作机械臂的三维全外形测量方法，其特征在于步骤如下：

(a)被测物到达指定位置后，利用协同控制工作站(14)向移动桁架(1)起/停指令，控制移动桁架(1)移动至合适测量位姿，记录移动桁架(1)移动位置；

(b)由人工拖动示教方式对协作机械臂(2)进行拖动，同时控制可伸缩竖杆(3)伸缩至一定长度，通过协作机械臂(2)自带的示教器记录测量过程中可伸缩竖杆(3)伸缩长度、协作机械臂(2)姿态及拖动力大小及协作机械臂(2)的测量轨迹；

(c)利用协同控制工作站(14)向第二全方位移动平台(6)发送X、Y向方向及姿态命令起/停指令，控制U型轨移动车(6)移动至测量位置，同时调整动态跟踪头(8)位姿及可升降旋转支撑杆(7)高度并开始测量；

(d)将步骤(b)、步骤(c)所得数据进行保存，改变协作机械臂(2)、动态跟踪头(8)的测量位置及扫描视野范围，获取测量路径后，结束示教模式并进入自动测量模式，进行自动测量直至获取被测物全部轮廓扫描数据。