[发明专利]一种六自由度视觉位姿相对误差测量装置及测量方法

说明书

本发明公开了一种六自由度视觉位姿相对误差测量装置及测量方法，属于隧道建设管片拼装机技术领域。本发明通过在管片上设置ArUco码作为相机的靶标，并使其与角位台共面，调节角位台与旋转台使靶标坐标系与相机坐标系对齐。对比X向滑动模组、Y向滑动模组、Z向滑动模组、角位台及旋转台与相机测量的六自由度数值，即得到视觉相对测量误差。按照本发明公开的方法可以测量出管片的x轴平移误差、y轴平移误差、z轴平移误差、绕x轴的转角误差、绕y轴的转角误差和绕z轴的转角误差。由于本发明具有较高的测量精度，故可为视觉六自由姿态测量相对误差，提高视觉测量的精度和可靠性。

技术领域

本发明属于隧道建设管片拼装机技术领域，涉及一种六自由度视觉位姿相对误差测量装置及测量方法。

背景技术

盾构机是一种用于隧道施工的专用工程机械，盾构施工法成本比较低、非常安全、速度快、土方量少、机械化水平高，在一些地质复杂的情况下只能依托盾构。盾构集中了光电技术、液压技术、传感器、电控技术为一体的大型机械设备，对周围的环境影响小，在城市的地下综合管廊以及隧道建设过程中应用广泛。当盾构机向前推进一环，推进油缸缩回，盾构机进入管片拼装模式，这时候暴露出来的土体需要及时的进行支护，管片拼装机将预制好的混凝土管片以一定的顺序安装到刚开挖好的隧道表面形成衬砌，为盾构机在下一环掘进的时候提供支撑点。作为盾构机重要的一部分，管片拼装的精度高低将直接影响着整个地下掘进施工效率的提升。

在盾构法建设隧道中，管片的拼装一直是建设中十分重要的一个环节，它不仅起到对已挖隧道的结构形状进行保护，防止隧道沉降，同时还可以防止地下水渗漏以及提供施工更为安全的空间等作用。然而，目前国内大部分管片的拼装，其运输拼装全过程均需要人工操纵管片拼装机，管片拼装的速度与精度都依赖于人的熟练程度。因此，管片拼装机的自动化需求就逐渐呈现出来。管片的自动化拼装对于提高隧道的建设速度和减轻人的工作强度具有重要意义。视觉测量技术是以计算机视觉为基础的新型测量技术，具备了非接触式、测量范围广、信息量大、是其他类型的传感器所无法比拟的，在管片的自动化拼装领域有广泛的应用。但视觉测量的精度难以保证，故提出一种六自由度视觉位姿相对误差测量装置及测量方法。

发明内容

本发明提供了一种六自由度视觉位姿相对误差测量装置及测量方法，通过在管片上设置ArUco码作为相机的靶标，并使其与角位台共面，调节角位台与旋转台使靶标坐标系与相机坐标系对齐。对比X向滑动模组、Y向滑动模组、Z向滑动模组、角位台及旋转台与相机测量的六自由度数值，即得到视觉相对测量误差。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种六自由度视觉位姿相对误差测量装置，所述的六自由度视觉位姿相对误差测量装置包括X向滑动模组、Y向滑动模组、Z向滑动模组、工业相机1、支架6、旋转台、角位台和放置板14。

所述的支架6为框架结构，支架6的每个顶角安装有支架连接角件9，用于增强结构稳定性。

所述的X向滑动模组，共有两组，每组X向滑动模组包括X向滑块、丝杠5和模组底板7；X向滑动模组通过连接件11固定安装在支架6上端；其中一组X向滑动模组安装有步进电机3，步进电机3通过联轴器4与丝杠5连接；步进电机3用于驱动丝杠5转动，丝杠5的转动带动安装在丝杠5上的X向滑块沿X方向移动；每一组X向滑动模组的端部均安装有同步齿轮12，同步齿轮12与丝杠5固定连接，两个同步齿轮12之间安装有同步带13；通过步进电机3驱动、同步齿轮12和同步带13传动，实现两个X向滑块同步移动；

所述的Y向滑动模组包括Y向滑块、丝杠5和模组底板7，Y向滑动模组安装在两个X向滑块上；Y向滑动模组上安装有步进电机3，步进电机3通过联轴器4与丝杠5连接，步进电机3用于驱动丝杠5转动，丝杠5的转动带动安装在丝杠5上的Y向滑块沿Y方向移动。