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原文传递多约束条件的飞机蒙皮调姿方法及系统

专利名称：	多约束条件的飞机蒙皮调姿方法及系统
摘要：	本发明公开了一种多约束条件的飞机蒙皮调姿方法及系统，其中，该方法包括：获取骨架、待/已装配蒙皮内外侧的相关位置数据；对上述数据进行处理，得到待装配蒙皮上、骨架上的特征孔位置，骨架外侧面型、待装配蒙皮内侧面型点云，待/已装配蒙皮外侧轮廓点集，利用上述点云计算待装配蒙皮在满足宽容阈下的位姿解集；使上述点集在位姿解集中，计算待装配蒙皮满足宽容阈下的子解集；利用上述特征孔位置、待装配蒙皮内侧点云与外侧轮廓点集，在子解集中，计算装配间隙无限小的最优位姿解；判断最优位姿解是否存在，若存在，则根据解进行位姿调整过程，反之扩大宽容阈，迭代上述过程至有解。该方法能够满足多公差约束的前提下的对接任务需求。
专利类型：	发明专利
申请人：	清华大学
发明人：	张继文;盖宇航;吴丹;陈恳;王国磊;徐静
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T20:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T12:00:00+0805
申请号：	CN201911327859.2
公开号：	CN111137468A
代理机构：	北京清亦华知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	蔡丽
分类号：	B64F5/10;B64F5/50;B;B64;B64F;B64F5;B64F5/10;B64F5/50
申请人地址：	100084 北京市海淀区清华园
主权项：	1.一种多约束条件的飞机蒙皮调姿方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，扫描获取骨架外侧面型与待装配蒙皮内侧面型的第一原始数据和已装配蒙皮外侧轮廓与待装配蒙皮外侧轮廓的第二原始数据，并测量获取待装配蒙皮与骨架上的特征孔位置数据；步骤S2，分别对所述特征孔位置数据、所述第一原始数据和所述第二原始数据进行处理，得到待装配蒙皮上的特征孔位置、骨架上的特征孔位置、骨架外侧面型点云、已装配蒙皮外侧轮廓点集、待装配蒙皮内侧面型点云和待装配蒙皮外侧轮廓点集；步骤S3，结合飞机数模，利用所述待装配蒙皮内侧面型点云和所述骨架外侧面型点云，计算待装配蒙皮在满足预设宽容阈中外形精度下的位姿解集；步骤S4，利用所述待装配蒙皮外侧轮廓点集与所述已装配蒙皮外侧轮廓点集，在所述位姿解集中，计算待装配蒙皮满足所述预设宽容阈中蒙皮对缝间隙、阶差公差下的子解集；步骤S5，利用所述待装配蒙皮上的特征孔位置与所述骨架上的特征孔位置、所述待装配蒙皮内侧面型点云与所述待装配蒙皮外侧轮廓点集，在所述子解集中，在蒙皮与骨架无干涉情况下，计算特征孔趋于对齐且装配间隙无限接近的最优位姿解；以及步骤S6，判断所述最优位姿解是否存在，若存在，则确定所述最优位姿解为实际调姿量，并所述最优位姿解集出至蒙皮调姿定位器，以进行位姿调整过程，若不存在，则扩大所述预设宽容阈以扩大解集范围，迭代执行步骤S3-S6直至存在解。 2.根据权利要求1所述的多约束条件的飞机蒙皮调姿方法，其特征在于，所述预设宽容阈包括飞机外形精度、蒙皮对缝间隙、蒙皮对缝阶差、蒙皮与骨架的装配间隙的公差。 3.根据权利要求1所述的多约束条件的飞机蒙皮调姿方法，其特征在于，所述步骤S3包括：将所述飞机数模的骨架外侧面型配准到所述骨架外侧面型点云；计算所述飞机数模的待装配蒙皮内侧在装配坐标系下的位姿；使待装配蒙皮内侧的面型精度近似表征飞机外形精度，并所述飞机数模的待装配蒙皮内侧按照所述预设宽容阈扩大到可行空间；在所述可行空间内搜索最接近飞机数模的待装配蒙皮内侧的实际蒙皮位姿，得到所述位姿解集。 4.根据权利要求3所述的多约束条件的飞机蒙皮调姿方法，其特征在于，所述可行空间内的待装配蒙皮内侧位姿均满足所述飞机外形精度。 5.根据权利要求1所述的多约束条件的飞机蒙皮调姿方法，其特征在于，所述步骤S4包括：在所述位姿解集范围中，将所述待装配蒙皮外侧轮廓点集配准到所述已装配蒙皮外侧轮廓点集；求取所述位姿解集范围中，满足对缝间隙、阶差要求的前提下，在所述待装配蒙皮外侧轮廓点集中搜索最接近所述已装配蒙皮外侧轮廓点集的位姿，得到所述子解集。 6.根据权利要求1所述的多约束条件的飞机蒙皮调姿方法，其特征在于，所述步骤S5包括：在所述子解集中，使用所述待装配蒙皮上的特征孔位置与所述骨架特征孔位置，并结合所述待装配蒙皮内侧面型点云与所述骨架外侧面型点云数据，进行数据配准；求取所述子解集范围中，在待装配蒙皮与骨架不干涉的前提下，保证所述特征孔尽可能近且间隙尽可能小的最优位姿解。 7.一种多约束条件的飞机蒙皮调姿系统，其特征在于，包括：获取模块，用于扫描获取骨架外侧面型与待装配蒙皮内侧面型的第一原始数据和已装配蒙皮外侧轮廓与待装配蒙皮外侧轮廓的第二原始数据，并测量获取待装配蒙皮与骨架上的特征孔位置数据；数据处理模块，用于分别对所述特征孔位置数据、所述第一原始数据和所述第二原始数据进行处理，得到待装配蒙皮上的特征孔位置、骨架上的特征孔位置、骨架外侧面型点云、已装配蒙皮外侧轮廓点集、待装配蒙皮内侧面型点云和待装配蒙皮外侧轮廓点集；第一层级计算模块，用于结合飞机数模，利用所述待装配蒙皮内侧面型点云和所述骨架外侧面型点云数据，计算待装配蒙皮在满足预设宽容阈中外形精度下的位姿解集；第二层级计算模块，用于利用所述待装配蒙皮外侧轮廓点集数据与所述已装配蒙皮外侧轮廓点集数据，在所述位姿解集中，计算待装配蒙皮满足所述预设宽容阈中蒙皮对缝间隙、阶差公差下的子解集；第三层级计算模块，用于利用所述待装配蒙皮上的特征孔位置数据与所述骨架上的特征孔位置数据、所述待装配蒙皮内侧面型点云数据与所述待装配蒙皮外侧轮廓点集数据，在所述子解集中，在蒙皮与骨架无干涉情况下，计算特征孔趋于对齐且装配间隙无限接近的最优位姿解；以及迭代扩大模块，用于判断所述最优位姿解是否存在，若存在，则确定所述最优位姿解为实际调姿量，并所述最优位姿解输出至蒙皮调姿定位器，以进行位姿调整过程，若不存在，则扩大所述预设宽容阈以扩大解集范围，迭代执行所述第一层级计算模块、所述第二层级计算模块和所述第三层级计算模块直至存在解。 8.根据权利要求7所述的多约束条件的飞机蒙皮调姿系统，其特征在于，所述第一层级计算模块包括：第一匹配单元，用于将所述飞机数模的骨架外侧面型配准到所述骨架外侧面型点云；计算单元，用于计算所述飞机数模的待装配蒙皮内侧在装配坐标系下的位姿；扩大单元，用于使待装配蒙皮内侧的面型精度近似表征飞机外形精度，并所述飞机数模的待装配蒙皮内侧按照所述预设宽容阈扩大到可行空间；第一搜索单元，用于在所述可行空间内搜索最接近飞机数模的待装配蒙皮内侧的实际蒙皮位姿，得到所述位姿解集。 9.根据权利要求7所述的多约束条件的飞机蒙皮调姿系统，其特征在于，所述第二层级计算模块包括：第二匹配单元，用于在所述位姿解集范围中，将所述待装配蒙皮外侧轮廓点集配准到所述已装配蒙皮外侧轮廓点集；第二搜索单元，用于求取所述位姿解集范围中，满足对缝间隙、阶差要求的前提下，在所述待装配蒙皮外侧轮廓点集中搜索最接近所述已装配蒙皮外侧轮廓点集的位姿，得到所述子解集。 10.根据权利要求7所述的多约束条件的飞机蒙皮调姿系统，其特征在于，所述第三层级计算模块包括：第三匹配单元，用于在所述子解集中，使用所述待装配蒙皮上的特征孔位置与所述骨架特征孔位置，并结合所述待装配蒙皮内侧面型点云与所述骨架外侧面型点云数据，进行数据配准，求取所述子解集范围中，在待装配蒙皮与骨架不干涉的前提下，保证所述特征孔尽可能近且间隙尽可能小的最优位姿解。
所属类别：	发明专利