[发明专利]用于导弹舱段增强现实辅助装配的柔性配合系统及监测方法

权利要求书

1.一种用于导弹舱段增强现实辅助装配的柔性配合系统，其特征在于，包括：径向开合机构、垂直升降机构、轴向滑动机构、固定调节机构、标定参照调节机构和多个视觉传感器，其中：径向开合机构控制系统Y轴方向运动，垂直升降机构控制系统Z轴方向运动，调整径向开合机构和垂直升降机构以适应不同直径的导弹舱段，轴向滑动机构控制系统X轴方向运动以调整与导弹舱段的轴向相对位置，视觉传感器设置于固定调节机构上以采集导弹舱段的装配过程要素信息，标定参照调节机构设置于径向开合机构上并随之运动以辅助生成AR装配信息；

所述的装配过程要素信息包括：导弹舱段装配过程中的零件识别、零件到位信息和装配动作检测信息；

所述的径向开合机构包括：滚轮支撑架、直线导轨、正反丝杆和伺服电机，其中：伺服电机为正反丝杆提供动能以带动滚轮支撑架在直线导轨上反向滑动；

所述的垂直升降机构包括：垂直丝杆、导柱导套组件和伺服电机，其中：伺服电机为垂直丝杆提供动能并由导柱导套组件导向带动系统垂直运动；

所述的固定调节机构包括：相机夹持架、纵向立杆和水平横杆，其中：相机夹持架设置于水平横杆上并沿水平横杆移动，纵向立杆与水平横杆相互配合。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的视觉传感器包括：零件识别视觉传感器和零件到位检测及装配动作检测视觉传感器，均沿固定调节机构的水平横杆和纵向立杆运动，实现两自由度调节并采集信息。

3.一种根据权利要求1或2所述系统的监测方法，其特征在于，运用图像采集算法处理舱段截面图像，即对导弹舱段进行CAD建模并提取三维包围盒，获取导弹舱段CAD模型投影，结合采集现场图像并计算获取的标记位姿矩阵得到强梯度图像的优势方向模板图像特征，再进行图像特征匹配，计算初始偏移矩阵和投影残差，对参数进行优化，最终获取最优偏移矩阵后确定标定相对位置参数，选取多个视觉传感器视角进行多次标定，获取最优相对位置参数，实现系统与导弹舱段的精确标定。

4.根据权利要求3所述的监测方法，其特征是，具体包括以下步骤：

1)根据导弹舱段参数以及装配的不同阶段设计适用的增强现实辅助装配的跟踪标记，并在确定的装配阶段将设计的相应跟踪标记固定在系统上；

2)在合适距离d₀处利用所述图像采集算法近距离采集增强现实标记与导弹舱段截面的现场图像I_c，保证相机视野中的跟踪标记完整，采用辅助照明设备和背景板保证充足的光照；

3)识别现场图像中的增强现实跟踪标记，获取相机与跟踪标记之间的六维位姿关系，得到跟踪标记位姿矩阵T_M；

4)在虚拟环境下，提取导弹舱段对应的CAD模型的三维包围盒，选择CAD模型3D-BBX上每一个面，利用位姿矩阵T_M在虚拟环境世界坐标系下进行投影，并经与现场图像进行叠加和感兴趣区域分割，得到模版图像{I_t1,I_t2,I_t3,I_t4,I_t5,I_t6}；

5)对现场图像I_c和模版图像{I_t1,I_t2,I_t3,I_t4,I_t5,I_t6}分别提取图像特征，并根据强梯度图像的优势方向模板特征进行图像匹配，计算跟踪标记与现场导弹舱段的初始偏移矩阵T_Or；

6)在跟踪标记位姿矩阵T_M的基础上，利用初始偏移矩阵T_Or，对舱段CAD模型进行重投影，计算模型与导弹舱段实物的投影残差，优化偏移矩阵T_Or，使模型投影与舱段实物完全重合，获取最优偏移矩阵T_O0；

7)在不同距离{d₁，d₂，…，d_n}上重复上述步骤，得到多个偏移矩阵{T_O1，T_O2，…，T_On}，并通过全局优化获取最优的偏移矩阵T_O；

所述的视觉传感器和跟踪标记在装配过程中与导弹舱段保持相对静止，当标定后发生相对运动需要重新标定。