本發(fā)明涉及機器人，尤其涉及一種基于零部件螺栓相對位置關(guān)系的快速對準方法。

背景技術(shù)：

1、接觸網(wǎng)是鐵路系統(tǒng)中的重要組成部分，具有不可替代的重要性。它為電氣化鐵路系統(tǒng)提供穩(wěn)定、安全、高效且環(huán)保的電力供應(yīng)，保障了列車的正常運行和乘客的出行安全。接觸網(wǎng)由一系列金屬構(gòu)件組成，如接觸線、接觸網(wǎng)桿、絕緣子等。這些構(gòu)件需要通過螺栓進行連接，以確保整個接觸網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和完整。經(jīng)過長時間的使用和自然環(huán)境因素造成的磨損等原因，螺栓具有松動、脫落的風險。因此對接觸網(wǎng)的螺栓進行維護檢修顯得尤其重要。

2、傳統(tǒng)的接觸網(wǎng)螺栓檢修主要采用人工維護的方式。接觸網(wǎng)螺栓分布范圍廣，數(shù)量眾多，維護過程需要人員進行逐個檢查和緊固。這種人工維護方式需要耗費大量的人力和時間，勞動強度較大、維護周期長、效率低下。若是有些接觸網(wǎng)位于高架橋梁、隧道等不可及區(qū)域，無法通過常規(guī)的人工維護方式進行檢修。這些區(qū)域的螺栓檢修可能需要采用特殊的工具和設(shè)備，增加了維護的復雜性和成本。所以出現(xiàn)了采用機械臂代替人工進行螺栓維護的方案，機械臂對準螺栓則是依賴其搭載的視覺傳感器所獲取的視覺信息，現(xiàn)如今普遍是采用視覺伺服技術(shù)來進行螺栓對準。機械臂采用視覺伺服對準一顆螺栓至少需要10s的時間，但是同一零部件所需要檢修的螺栓通常有3到5個，因此若全部螺栓都采用視覺伺服進行對準將大大增加工作時間，不利于實際應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決機械臂使用視覺伺服對準螺栓擰緊過程中存在的檢修效率低，工作時間長的問題，本發(fā)明提出一種基于零部件螺栓相對位置關(guān)系的快速對準方法，解決上述問題。

2、本申請公開了一種基于零部件螺栓相對位置關(guān)系的快速對準方法，包括以下步驟：

3、s1、相機獲取一幀零部件的完整圖像，并計算零部件的姿態(tài)信息；

4、s2、采用視覺伺服完成機械臂對第一顆螺栓的對準，并進行第一次螺栓擰緊作業(yè)；

5、s3、讀取并記錄上一次螺栓擰緊作業(yè)完成時的機械臂末端位姿信息，并結(jié)合s1的零部件姿態(tài)信息，計算出機械臂的末端姿態(tài)調(diào)整矩陣，方便后續(xù)螺栓對準；

6、s4、選擇距離s3中已擰緊螺栓最近的螺栓作為待對準螺栓，并讀取二者之間相對位置參數(shù)；

7、s5、結(jié)合s3中的機械臂末端位姿信息、機械臂末端姿態(tài)調(diào)整矩陣和s4中已知的兩螺栓相對位置參數(shù)，計算出機械臂末端對準下一顆螺栓時的期望機械臂末端位姿信息；

8、s6、將s5中得到的期望機械臂末端位姿信息通過movel指令，輸出給機械臂從而控制機械臂末端運動進行螺栓對準；

9、s7、當s6的對準完成后，控制機械臂末端安裝的擰緊工具旋轉(zhuǎn)進入螺栓并進行擰緊操作；

10、s8、重復s3至s7，直到完成該零部件所有螺栓的對準擰緊作業(yè)為止。

11、優(yōu)選的，所述s1中姿態(tài)信息的計算公式為：

12、

13、其中，為機械臂基座坐標系到零部件坐標系的轉(zhuǎn)換矩陣，為機械臂基座坐標系到機械臂末端坐標系的轉(zhuǎn)換矩陣，為機械臂末端坐標系到相機坐標系的轉(zhuǎn)換矩陣，為相機坐標系到零部件坐標系的轉(zhuǎn)換矩陣。

14、優(yōu)選的，所述s3包括以下步驟：

15、當?shù)谝淮温菟〝Q緊作業(yè)結(jié)束后，通過rtde讀取并記錄此時機械臂末端位姿，其齊次矩陣形式記為此時機械臂末端坐標系的姿態(tài)和零部件坐標系的姿態(tài)存在偏差，需要進行調(diào)整對齊，調(diào)整對齊后機械臂末端和第一顆擰緊的螺栓a仍然重合，存在下式：

16、

17、其中，為機械臂基座到第一顆擰緊的螺栓a的轉(zhuǎn)換矩陣，為調(diào)整對齊后機械臂基座到末端的轉(zhuǎn)換矩陣，為機械臂末端姿態(tài)調(diào)整矩陣，由和t＝(0,0,0)構(gòu)成，其中為的旋轉(zhuǎn)矩陣部分；

18、因為機械臂基座和零部件均未發(fā)生改變，所以可以由下式獲得：

19、

20、其中，表示當前機械臂末端坐標系到零部件坐標系的轉(zhuǎn)換矩陣。

21、優(yōu)選的，所述s4中已擰緊與其最近的螺栓的相對位置參數(shù)為：

22、記距離第一顆擰緊的螺栓a最近的螺栓為螺栓b，則有：

23、

24、其中，-a表示螺栓b相對于螺栓a的y軸相對偏移量。

25、優(yōu)選的，所述s5包括以下步驟：

26、計算對準螺栓b的機械臂末端位姿：

27、

28、當機械臂末端對準螺栓b時有：

29、

30、則可以得到：

31、

32、其中，為機械臂的期望末端位姿。

33、優(yōu)選的，所述s6包括以下步驟：

34、s61、當機械臂視覺伺服對準擰緊螺栓a后，先將通過rtde的movel指令輸出給機械臂，使機械臂末端倒退0.05m到安全區(qū)域，防止后續(xù)操作發(fā)生碰撞；

35、s62、將s5得到的期望末端位姿通過rtde的movel指令輸出給機械臂，控制機械臂運動使機械臂末端安裝的擰緊工具對準螺栓b。

36、本發(fā)明的有益效果：

37、(1)本發(fā)明在對某零部件完成第一次伺服對準螺栓后，該零部件剩余螺栓對準將舍棄視覺信息，通過預先獲得的和已對準螺栓的相對位置關(guān)系，進行快速對準，對準一顆螺栓的時間最多5s，能夠降低對視覺檢測裝置的需求。

38、(2)本發(fā)明對準一個零部件上所有螺栓所需要的總時間要遠小于通過視覺伺服對準全部螺栓需要的總時間，大大縮短了采用機械臂進行螺栓維護的時間，提高了檢修效率及螺栓對準的精度。

技術(shù)特征：

1.一種基于零部件螺栓相對位置關(guān)系的快速對準方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于零部件螺栓相對位置關(guān)系的快速對準方法，其特征在于，所述s1中姿態(tài)信息的計算公式為：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于零部件螺栓相對位置關(guān)系的快速對準方法，其特征在于，所述s3包括以下步驟：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于零部件相對位置關(guān)系的快速對準方法，其特征在于，所述s4中已擰緊與其最近的螺栓的相對位置參數(shù)為：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于零部件相對位置關(guān)系的快速對準方法，其特征在于，所述s5包括以下步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于零部件相對位置關(guān)系的快速對準方法，其特征在于，所述s6包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于零部件螺栓相對位置關(guān)系的快速對準方法，包括以下步驟：S1、計算零部件的姿態(tài)信息；S2、采用視覺伺服進行第一次螺栓擰緊作業(yè)；S3、計算機械臂的末端姿態(tài)調(diào)整矩陣；S4、選擇距離已擰緊螺栓最近的螺栓作為待對準螺栓，并讀取二者之間相對位置參數(shù)；S5、計算機械臂末端對準下一顆螺栓時的機械臂末端位姿信息；S6、控制機械臂末端運動進行螺栓對準；S7、控制機械臂末端安裝的擰緊工具旋轉(zhuǎn)進入螺栓并進行擰緊操作；S8、重復S3至S7，直到完成該零部件所有螺栓的對準擰緊作業(yè)。本發(fā)明能夠降低對視覺檢測裝置的需求，提高檢修效率及螺栓對準的精度。

技術(shù)研發(fā)人員：王宇濤,馬磊,孫永奎,林劍飛,郝浩楠,鄧澤宇,魯文儒,王冬瑞,馬文杰
受保護的技術(shù)使用者：西南交通大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/19