面向T-Scan自动化扫描的激光跟踪仪测量站位规划及仿真

摘要

近年来，国内飞机制造企业在飞机制造与装配中大量使用数字化测量设备。为实现自动测量，许多研究者将数字化测量设备安装在机器人末端以构建自动化测量系统。本文基于由机器人KUKAKR90R3100extra、激光跟踪仪LeicaAT901-MR与激光扫描仪LeicaT-Scan5（简称T-Scan）等组成的自动化扫描系统开展研究，针对因激光跟踪仪与T-Scan的耦合测量约束而导致的激光跟踪仪站位布设问题提出了一种站位规划方法，而且为了实现对自动化扫描过程的安全性和可靠性的前馈性预测，开发了自动化扫描仿真系统。主要研究内容如下：　　（1）自动化扫描系统内部坐标系统一：该系统内部各坐标系间的转换关系是测量数据传递的桥梁，也是实现第五章仿真系统的各个功能的前提之一，为统一该系统内部坐标系，本文先分析机器人正逆运动学问题，再利用非线性最小二乘法求解机器人坐标系与测量坐标系及工件坐标系间的转换关系，最后将所有坐标系统一至机器人坐标系下。　　（2）自动化扫描系统的激光跟踪仪站位规划：先根据激光跟踪仪与T-Scan的测量特性建立测量约束模型并提出站位评价方法，再基于该评价方法提出一种站位规划方法，实现了面向T-Scan自动化扫描的激光跟踪仪站位规划。　　（3）自动化扫描可视化仿真技术研究：研究了三维仿真环境下一般模型、激光跟踪仪与机器人的位姿描述与变换方法；提出了一种机器人运动实时仿真方法，实现了在OpenCASCADE下的插值仿真；提出了一种基于包围盒法与离散碰撞检测法的机器人运动碰撞检测方法与激光可达性检测方法，并利用OpenCASCADE的布尔运算来予以实现。　　（4）自动化扫描仿真系统开发：开发自动化扫描仿真系统，实现了虚拟测量场景构建、机器人运动碰撞检测、激光可达性检测、激光跟踪仪站位规划及自动化扫描实时仿真等功能。

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