CN112643712A - 一种大型机械臂基座零位测量标定方法 - Google Patents
一种大型机械臂基座零位测量标定方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种大型机械臂基座零位测量标定方法,包括:在摇臂基座上标记若干个观测点,所述观测点位于同一圆周上;在摇臂基座和接收目标之间架设寻北仪和全站仪;通过全站仪观测信号接收目标点以及摇臂基座上标记的任意3个观测点的坐标,并以观测信号接收目标点为原点建立坐标系;由3个观测点的的共面约束获得基座所在平面方程,获得基座圆心坐标以及平面法线向量;根据法线向量确定平面纵横摇角度;根据测得的纵摇角度、横摇角度建立一个新坐标系,通过坐标变换,确定在新坐标系中摇臂位置和飞机的坐标点。本发明实际操作过程简单方便,效率高,使用之后消除了大型机械臂基座倾斜角对***模型的影响,显著提高了***的定位精度。
Description
技术领域
本发明属于摇臂式运动模拟支撑技术,具体为一种大型机械臂基座零位测量 标定方法。
背景技术
摇臂式运动模拟支撑设备在末端平台上安装天线及功放,使天线和功放设备 的运动轨迹能够模拟飞机的等效运动轨迹,模拟飞机航迹的运动过程中,同时要 求使其承载的喇叭天线始终正对信号接收目标,其本质上是一个大型机械臂。由 于摇臂式运动模拟支撑设备臂长达10米,重量约3吨,想要通过常规的方法对 基座进行调平比较困难,而不调平则会对控制运动轨迹模拟精度带来误差,基座 的倾斜角度较大则会导致设备无法正常工作,因此需要进一步测量标定。
发明内容
本发明的目的在于提出了一种大型机械臂基座零位测量标定方法。
实现本发明目的的技术解决方案为:一种大型机械臂基座零位测量标定方 法,包括:
在摇臂基座上标记若干个观测点,所述观测点位于同一圆周上;
在摇臂基座和接收目标之间架设寻北仪+全站仪;
通过全站仪观测信号接收目标点以及摇臂基座上标记的任意3个观测点的 坐标,并以观测信号接收目标点为原点建立坐标系;
由3个观测点的的共面约束获得基座所在平面方程,获得基座圆心坐标以及 平面法线向量;
根据法线向量确定平面纵横摇角度;
根据测得的纵摇角度、横摇角度建立一个新坐标系,通过坐标变换,确定在 新坐标系中摇臂位置和飞机的坐标点。
优选地,所述观测点个数不少于3个。
优选地,由3个观测点的共面约束获得的基座所在平面方程具体为:
A1x+B1y+C1z+D1=0
式中:
A1=y1·z2-y1·z3-z1·y2+z1·y3+y2·z3-y3·z2
B1=-x1·z2+x1·z3+z1·x2-z1·x3-x2·z3+x3·z2
C1=x1·y2-x1·y3-y1·x2+y1·x3+x2·y3-x3·y2
D1=-x1·y2·z3+x1·y3·z2+x2·y1·z3-x3·y1·z2-x2·y3·z1+x3·y2·z1
x1=x10-xo0,y1=y10-yo0,z1=z10-zo0;x2=x20-xo0,y2=y20-yo0,z2=z20- zo0;x3=x30-xo0,y3=y30-yo0,z3=z30-zo0;其中(xo0,yo0,zo0)为接收目标点 坐标,(xi0,yi0,zi0)为3个观测点的坐标,,i=1,2,3。
优选地,获得基座圆心坐标以及平面法线向量的具体过程为:
设空间圆半径为R,由3个观测点到空间圆心的距离可得方程如下:
由上式可得:
2(x2-x1)x+2(y2-y1)y+2(z2-z1)z+x1 2+y1 2+z1 2-x2 2-y2 2-z2 2=0
2(x3-x1)x+2(y3-y1)y+2(z3-z1)z+x1 2+y1 2+z1 2-x3 2-y3 2-z3 2=0
记为:
A2x+B2y+C2z+D2=0
A3x+B3y+C3z+D3=0
获得关于圆心的空间坐标的线性代数方程组为:
解得圆心P坐标为:
优选地,根据法线向量确定平面纵横摇角度的具体方法为:
可得:
可得:
优选地,P在新的坐标系OX’Y’Z’中坐标为P'=[x0' y0' z0']T,表达式 如下:
飞机在原始坐标系oxyz中的坐标为F=[Fx Fy Fz]T,获得飞机F在新的 坐标系OX’Y’Z’中坐标为F'=[Fx' Fy' Fz']T,具体为:
本发明与现有技术相比,其显著优点为:本发明实际操作过程简单方便,效 率高,使用之后消除了大型机械臂基座倾斜角对***模型的影响,显著提高了系 统的定位精度。
下面结合附图对本发明做进一步详细的描述。
附图说明
图1为摇臂结构示意图。
图2为标校空间平面俯视图。
图3为摇臂基座位置姿态示意图。
具体实施方式
一种大型机械臂基座零位测量标定方法,利用寻北仪加全站仪一体的测量仪 器对机械臂的基座上的标记点进行坐标测量,通过空间坐标计算得到基座的圆心 坐标和基座纵横摇角度,最终对坐标系进行修正提高***定位精度。
在摇臂基座四周标记若干个便于观测的点,确保这些点在同一个圆周上。摇 臂基座安装完成后,通过寻北仪加全站仪一体的测量仪器分别测得信号接收目标 点和摇臂基座上在同一个圆周上的3个观测点的坐标,以信号接收目标点为原点 建立坐标系。由3个观测点的共面约束可得3个观测点平面方程,即基座所在平 面方程,再结合3个观测点到空间圆心的距离相等可得基座圆心坐标。由基座所 在平面方程同时可得平面法线向量,通过法线向量即可得平面纵横摇角度。最后 根据测得的倾斜角建立一个新坐标系,通过坐标变换,算出在新坐标系中摇臂位 置和飞机的坐标点,从而消除基座倾斜对***的影响,具体步骤如下:
步骤1:在摇臂基座上标记若干个观测点,所述观测点位于同一圆周上;所 述观测点个数不少于3个;
步骤2:在摇臂基座和接收目标之间架设寻北仪+全站仪;
具体地,如图2所示,在摇臂基座和接收目标点之间选择任意方便观测位置 架设寻北仪+全站仪。架设完成后,将寻北仪初始化,O点即为全站仪观测空间 点的坐标系原点,正西方向为X0轴,正南方向为Y0轴,竖直向上方向为Z0轴。
步骤3:通过全站仪观测信号接收目标点以及摇臂基座上标记的任意3个观 测点的坐标,并以观测信号接收目标点为原点建立坐标系;
步骤4:由3个观测点的的共面约束获得基座所在平面方程,获得基座圆心 坐标以及平面法线向量;
进一步的实施例中,由3个观测点的共面约束获得的基座所在平面方程具体 为:
A1x+B1y+C1z+D1=0
式中:
A1=y1·z2-y1·z3-z1·y2+z1·y3+y2·z3-y3·z2
B1=-x1·z2+x1·z3+z1·x2-z1·x3-x2·z3+x3·z2
C1=x1·y2-x1·y3-y1·x2+y1·x3+x2·y3-x3·y2
D1=-x1·y2·z3+x1·y3·z2+x2·y1·z3-x3·y1·z2-x2·y3·z1+x3·y2·z1
x1=x10-xo0,y1=y10-yo0,z1=z10-zo0;x2=x20-xo0,y2=y20-yo0,z2=z20- zo0;x3=x30-xo0,y3=y30-yo0,z3=z30-zo0;其中(xo0,yo0,zo0)为接收目标点 坐标,(xi0,yi0,zi0)为3个观测点的坐标,,i=1,2,3。
获得基座圆心坐标以及平面法线向量的具体过程为:
设空间圆半径为R,由3个观测点到空间圆心的距离可得方程如下:
由上式可得:
2(x2-x1)x+2(y2-y1)y+2(z2-z1)z+x1 2+y1 2+z1 2-x2 2-y2 2-z2 2=0
2(x3-x1)x+2(y3-y1)y+2(z3-z1)z+x1 2+y1 2+z1 2-x3 2-y3 2-z3 2=0
记为:
A2x+B2y+C2z+D2=0
A3x+B3y+C3z+D3=0
获得关于圆心的空间坐标的线性代数方程组为:
解得圆心P坐标为:
步骤5:根据法线向量确定平面纵横摇角度;
可得:
可得:
步骤6:根据测得的纵摇角度、横摇角度建立一个新坐标系,通过坐标变换, 确定在新坐标系中摇臂位置和飞机的坐标点。
摇臂位置P在原始坐标系oxyz中坐标为[x0 y0 z0]T,oxyz坐标经过纵摇 角度α,横摇角度β旋转后坐标系为OX’Y’Z’,此时OX’Y’平面和摇臂基座平面 平行,P在坐标系OX’Y’Z’中坐标为P'=[x0' y0' z0']T,表达式如下:
假设飞机F在原始坐标系oxyz中的坐标为F=[Fx Fy Fz]T,获得飞机F 在坐标系OX’Y’Z’中坐标为F'=[Fx' Fy' Fz']T,具体为:
此时已将摇臂基座圆心点和飞机的坐标都转换到OX’Y’Z’坐标系中,此坐标 系中,摇臂基座倾斜角度为零,零位修正完毕。
实施例
步骤1:在摇臂基座上标记若干个观测点,所述观测点位于同一圆周上;
步骤2:在摇臂基座和接收目标之间架设寻北仪+全站仪;
步骤3:观测各点坐标。通过全站仪镜头观测接收目标所在位置D点以及摇 臂基座圆上的A、B、C 3个观测点坐标并记录。
步骤4:由3个观测点的的共面约束获得基座所在平面方程,获得基座圆心 坐标以及平面法线向量;
通过仪器测得D点坐标为(xo0,yo0,zo0),A点坐标为(x10,y10,z10),B点坐 标为(x20,y20,z20),C点坐标为(x30,y30,z30)。在以D为原点的坐标系中,设A 点坐标为(x1,y1,z1),B点坐标为(x2,y2,z2),C点坐标为(x3,y3,z3),其中
x=xo0,y=yo0,z=zo0;
x1=x10-xo0,y1=y10-yo0,z1=z10-zo0;
x2=x20-xo0,y2=y20-yo0,z2=z20-zo0;
x3=x30-xo0,y3=y30-yo0,z3=z30-zo0;。
由3个观测点的共面约束可得3个观测点平面方程如下:
即:A1x+B1y+C1z+D1=0(2)
其中:
A1=y1·z2-y1·z3-z1·y2+z1·y3+y2·z3-y3·z2
B1=-x1·z2+x1·z3+z1·x2-z1·x3-x2·z3+x3·z2
C1=x1·y2-x1·y3-y1·x2+y1·x3+x2·y3-x3·y2
D1=-x1·y2·z3+x1·y3·z2+x2·y1·z3-x3·y1·z2-x2·y3·z1+x3·y2·z1
设空间圆半径为R,由3个观测点到空间圆心的距离可得方程如下:
由上式可得:
2(x2-x1)x+2(y2-y1)y+2(z2-z1)z+x1 2+y1 2+z1 2-x2 2-y2 2-z2 2=0 (4)
2(x3-x1)x+2(y3-y1)y+2(z3-z1)z+x1 2+y1 2+z1 2-x3 2-y3 2-z3 2=0 (5)
记为:
A2x+B2y+C2z+D2=0 (6)
A3x+B3y+C3z+D3=0 (7)
通过(2)(6)(7)获得关于圆心的空间坐标的线性代数方程组
解得圆心P坐标为:
可得:
可得:
步骤6:根据测得的纵摇角度、横摇角度建立一个新坐标系,通过坐标变换, 确定在新坐标系中摇臂位置和飞机的坐标点。
摇臂位置P在原始坐标系oxyz中坐标为[x0 y0 z0]T,oxyz坐标经过纵摇 角度α,横摇角度β旋转后坐标系为OX’Y’Z’,此时OX’Y’平面和摇臂基座平面 平行,P在坐标系OX’Y’Z’中坐标为P'=[x0' y0' z0']T,表达式如下:
假设飞机F在原始坐标系oxyz中的坐标为F=[Fx Fy Fz]T,获得飞机F 在坐标系OX’Y’Z’中坐标为F'=[Fx' Fy' Fz']T,具体为:
Claims (6)
1.一种大型机械臂基座零位测量标定方法,其特征在于,包括
在摇臂基座上标记若干个观测点,所述观测点位于同一圆周上;
在摇臂基座和接收目标之间架设寻北仪和全站仪;
通过全站仪观测信号接收目标点以及摇臂基座上标记的任意3个观测点的坐标,并以观测信号接收目标点为原点建立坐标系;
由3个观测点的的共面约束获得基座所在平面方程,获得基座圆心坐标以及平面法线向量;
根据法线向量确定平面纵横摇角度;
根据测得的纵摇角度、横摇角度建立一个新坐标系,通过坐标变换,确定在新坐标系中摇臂位置和飞机的坐标点。
2.根据权利要求1所述的大型机械臂基座零位测量标定方法,其特征在于,所述观测点个数不少于3个。
3.根据权利要求1所述的大型机械臂基座零位测量标定方法,其特征在于,由3个观测点的共面约束获得的基座所在平面方程具体为:
A1x+B1y+C1z+D1=0
式中:
A1=y1·z2-y1·z3-z1·y2+z1·y3+y2·z3-y3·z2
B1=-x1·z2+x1·z3+z1·x2-z1·x3-x2·z3+x3·z2
C1=x1·y2-x1·y3-y1·x2+y1·x3+x2·y3-x3·y2
D1=-x1·y2·z3+x1·y3·z2+x2·y1·z3-x3·y1·z2-x2·y3·z1+x3·y2·z1
x1=x10-xo0,y1=y10-yo0,z1=z10-zo0;x2=x20-xo0,y2=y20-yo0,z2=z20-zo0;x3=x30-xo0,y3=y30-yo0,z3=z30-zo0;其中(xo0,yo0,zo0)为接收目标点坐标,(xi0,yi0,zi0)为3个观测点的坐标,,i=1,2,3。
4.根据权利要求3所述的大型机械臂基座零位测量标定方法,其特征在于,获得基座圆心坐标以及平面法线向量的具体过程为:
设空间圆半径为R,由3个观测点到空间圆心的距离可得方程如下:
由上式可得:
2(x2-x1)x+2(y2-y1)y+2(z2-z1)z+x1 2+y1 2+z1 2-x2 2-y2 2-z2 2=0
2(x3-x1)x+2(y3-y1)y+2(z3-z1)z+x1 2+y1 2+z1 2-x3 2-y3 2-z3 2=0
记为:
A2x+B2y+C2z+D2=0
A3x+B3y+C3z+D3=0
获得关于圆心的空间坐标的线性代数方程组为:
解得圆心P坐标为:
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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