一种全向移动机器人自动化测量系统及测量方法

1.本发明属于航空、航天智能制造技术领域，具体涉及一种全向移动机器人自动化测量系统及测量方法。


背景技术：

2.目前在大型构件装配测量领域，大型高端装备对于装配质量的要求越来越高，无应力精确数字化装配以及柔性自动化装配以开始逐步应用于生产，但这对大空间范围内的快速测量提出了较高需求。现有测量手段主要采用光学摄影测量技术，受到景深以及成像视场大小的约束，能够满足局部测量，但整体测量则准备周期长，受环境光影响大，越来越难以满足大型构件更高的测量需求。且需要较大配重来平衡整车重心，导致整车质量过重，稳定性和刚性较差。


技术实现要素：

3.本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，针对航空、航天领域的大型构件的检测的现状，提供一种全向移动机器人自动化测量系统及测量方法。
4.实现本发明目的的技术方案是：一种全向移动机器人自动化测量系统及测量方法，包括六轴工业机器人、电控柜、激光雷达测量系统、全向重载移动机器人、电源系统、立体安全防护系统以及用于全向重载移动机器人自动充电的分体式充电站；所述六轴工业机器人固定安装在全向重载移动机器人的前部上端面；所述电控柜固定安装在全向重载移动机器人的后部上端面；所述电源系统和立体安全防护系统设置在全向重载移动机器人上，所述激光雷达测量系统包含激光测量雷达、激光测量雷达控制器以及数据处理计算机；所述激光测量雷达安装在六轴工业机器人末端；所述激光测量雷达控制器固定安装在电控柜内部右侧；所述数据处理计算机固定安装在电控柜上部。
5.进一步的，所述激光测量雷达控制器与激光测量雷达连接，用于控制激光测量雷达的运行；所述数据处理计算机与激光测量雷达控制器连接，用于测量数据的处理、保存以及显示。
6.进一步的，所述全向重载移动机器人包括车体模块、顶升组件、底盘防护系统、激光slam导航雷达、麦克纳姆轮驱动组件、二维码相机以及车载控制系统；所述顶升组件安装在车体模块两侧端部，用于将整车抬升；所述底盘防护系统安装在车体模块四角使车体模块四周360度无死角安全防护；所述激光slam导航雷达安装固定在电控柜沿车体轴向中心处上方高处，用于车体模块导航定位；所述麦克纳姆轮驱动组件安装在车体模块底部四个角落上，实现车体模块全向移动，能够实现前后方向、横向、斜向移动以及零回转半径转动；所述二维码相机布置于车体模块底部中心处，用于车体模块到达站点后的二次精确定位；所述车载控制系统安装在车体模块内部，对顶升组件、底盘防护系统、激光slam导航雷达、麦克纳姆轮驱动组件、二维码相机进行控制。
7.进一步的，所述电源系统包括大容量磷酸铁锂电池、逆变器；所述大容量磷酸铁锂
电池固定安装在全向重载移动机器人车体中部，所述逆变器安装固定在电控柜内部；所述大容量磷酸铁锂电池与逆变器连接。
8.进一步的，所述立体安全防护系统包含7组3d安全视觉相机，所述3d安全视觉相机分别固定安装在全向重载移动机器人上端面以及电控柜上部高处。
9.进一步的，所述分体式充电站可布置于设定的充电区域，可在测量场内或者外场角落。
10.一种采用上述全向移动机器人自动化测量系统的自动化测量方法，步骤如下：
11.s1.待测大部件进入测量区域，停靠在指定位置；
12.s2.全向重载移动机器人在测量场内手动走一圈完成激光导航地图构建，并确定所有用到的站点，并在站点位置贴上16宫格二维码；
13.s3.外围安全系统复位完成后，测量开始：操纵员可以任意选择一站位开始测量，任意两个测量站位之间可以安全到达，并执行测量工作；
14.s4.全向重载移动机器人通过slam激光导航，接近目标站位时先减速，采用slam激光导航粗定位后，通过二维码相机读取地面固定的16宫格二维码进行二次精定位，两次定位相结合，以满足激光雷达测量所需的定位精度；
15.s5.全向重载移动机器人到位停车后，为满足激光测量雷达测量工作中的稳定性，全向重载移动机器人通过车载控制系统控制顶升组件顶升，将整个系统举升离地；
16.s6.六轴工业机器人带动激光雷达测量系统调整测量位姿，采用与厂房基准粗建坐标系再用全局基准建立坐标系，然后开始零件扫描；
17.s7.站位测量任务完成后，全向重载移动机器人内置的车载控制系统控制顶升组件收起，全向重载移动机器人启动，运行至下一处站点，重复以上步骤直至所有站位都测量完成。
18.采用上述技术方案后，本发明具有以下积极的效果：
19.(1)本发明由全向重载移动机器人和六轴工业机器人组成，采用全向移动式设计可实现平台在平面内任意方向的平移、自转以及平移自转的耦合运动，方便系统在不同站位之间的位置调整。
20.(2)本发明激光测量雷达布置在六轴工业机器人末端，具有多个自由度，且六轴工业机器人安装固定在车体前部，使得激光测量雷达工作范围大，灵活度高，且外径尺寸小，适合大型构件的柔性检测作业。
21.(3)本发明采用电控柜后置以及大容量磷酸铁锂电池在车体内部沿中心后置方式，使得系统整体重心在全向重载移动机器人中心处，克服了安装于全向重载移动机器人前置产生的较大倾覆力矩，防止激光雷达测量工作过程中全向重载移动机器人发生倾覆或晃动，同时无需再使用配重，有效降低了整车的质量。
22.(4)本发明采用激光slam导航粗定位和站点二维码精定位的导航定位系统，解决了全向重载移动机器人运行到站点后的精确定位的问题，提高了全向重载移动机器人到达各站位时的位姿精度。同时在车体两侧布置有顶升装置，精确定位后将整车抬升离地，为激光测量雷达测量系统提供高刚性、高稳定性的平台，进一步保证了测量系统的稳定性。
附图说明
23.为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
24.图1为本发明的整体结构示意图；
25.图2为本发明的全向重载移动机器人的结构示意图一；
26.图3为本发明的全向重载移动机器人的结构示意图二。
具体实施方式
27.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
28.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
29.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
30.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的发明的范围，而是仅仅表示发明的选定实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.实施例1
32.见图1，本发明包括六轴工业机器人100、电控柜200、激光雷达测量系统300、全向重载移动机器人400、电源系统500、立体安全防护系统600以及用于全向重载移动机器人400自动充电的分体式充电站700；六轴工业机器人100固定安装在全向重载移动机器人400的前部上端面；电控柜200固定安装在全向重载移动机器人400的后部上端面；电源系统500和立体安全防护系统600设置在全向重载移动机器人400上，激光雷达测量系统300包含激光测量雷达301、激光测量雷达控制器302以及数据处理计算机303；激光测量雷达301安装在六轴工业机器人100末端；激光测量雷达控制器302固定安装在电控柜200内部右侧；数据处理计算机303固定安装在电控柜200上部。电控柜200与六轴工业机器人100连接，用于控制六轴工业机器人100的运行。
33.激光测量雷达控制器302与激光测量雷达301连接，用于控制激光测量雷达301的运行；数据处理计算机303与激光测量雷达控制器302连接，用于测量数据的处理、保存以及显示。
34.电源系统500包括大容量磷酸铁锂电池501、逆变器502；大容量磷酸铁锂电池501固定安装在全向重载移动机器人400车体中部，逆变器502安装固定在电控柜200内部；大容
量磷酸铁锂电池501与逆变器502连接。用于将大容量磷酸铁锂电池501的48v输出电压转换成220v和380v，分别为机器人控制柜200、激光测量雷达控制器302、车载控制系统407供电。
35.六轴工业机器人100、电控柜200以及大容量磷酸铁锂电池501布置方式，使得系统整体重心在全向重载移动机器人400中心处。
36.立体安全防护系统600包含7组3d安全视觉相机601，3d安全视觉相机601分别固定安装在全向重载移动机器人400上端面以及电控柜200上部高处。
37.分体式充电站700可布置于设定的充电区域，可在测量场内或者外场角落。
38.见图2和图3，全向重载移动机器人400包括车体模块401、顶升组件402、底盘防护系统403、激光slam导航雷达404、麦克纳姆轮驱动组件405、二维码相机406以及车载控制系统407；顶升组件402安装在车体模块401两侧端部，用于将整车抬升；底盘防护系统403安装在车体模块401四角使车体模块401四周360度无死角安全防护；激光slam导航雷达404安装固定在电控柜200沿车体轴向中心处上方高处，用于车体模块401导航定位；麦克纳姆轮驱动组件405安装在车体模块401底部四个角落上，实现车体模块401全向移动，能够实现前后方向、横向、斜向移动以及零回转半径转动；二维码相机406布置于车体模块401底部中心处，用于车体模块401到达站点后的二次精确定位；车载控制系统407安装在车体模块401内部，对顶升组件402、底盘防护系统403、激光slam导航雷达404、麦克纳姆轮驱动组件405、二维码相机406进行控制。
39.六轴工业机器人选用kuka品牌的型号为kr150r3700的机器人；激光测量雷达系统为nikon品牌的mv350；二维码相机为倍加福pgv100；3d视觉安全相机为易福门o3m161，逆变器为古瑞瓦特spf 5000tl hvm-p。
40.实施例2
41.一种采用上述全向移动机器人自动化测量系统的自动化测量方法，步骤如下：
42.s1.待测大部件进入测量区域，停靠在指定位置；
43.s2.全向重载移动机器人400在测量场内手动走一圈完成激光导航地图构建，并确定所有用到的站点，并在站点位置贴上16宫格二维码；
44.s3.外围安全系统复位完成后，测量开始：操纵员可以任意选择一站位开始测量，任意两个测量站位之间可以安全到达，并执行测量工作；
45.s4.全向重载移动机器人400通过slam激光导航，接近目标站位时先减速，采用slam激光导航粗定位后，通过二维码相机406读取地面固定的16宫格二维码进行二次精定位，两次定位相结合，以满足激光雷达测量所需的定位精度；
46.s5.全向重载移动机器人400到位停车后，为满足激光测量雷达301测量工作中的稳定性，全向重载移动机器人400通过车载控制系统407控制顶升组件402顶升，将整个系统举升离地；
47.s6.六轴工业机器人100带动激光雷达测量系统300调整测量位姿，采用与厂房基准粗建坐标系再用全局基准建立坐标系，然后开始零件扫描；
48.s7.站位测量任务完成后，全向重载移动机器人400内置的车载控制系统407控制顶升组件402收起，全向重载移动机器人400启动，运行至下一处站点，重复以上步骤直至所有站位都测量完成。
49.以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详
细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。