面向大曲面高精度处理的机器人自动示教控制系统及方法

摘要

本发明公开了一种面向大曲面高精度处理的机器人自动示教控制系统及方法，包括控制器和机械臂，所述机械臂输出端上安装有搭载块，在该搭载块搭载面经伸缩机构与示教块球铰连接，通过控制器控制机械臂、球铰、伸缩机构，使机械臂的输出端垂直于大曲面表面处理位置，当在示教过程中，可以通过控制系统快速实现大曲面表面轮廓的轨迹示教，为曲面精细化处理提供多点示教，更为机器人执行单元提供快速的数据信息。有益效果：通过示教系统和方法，预先获取大曲面表面处理轨迹过程中的多点示教信息，为机器人实施表面处理过程提供快速的轨迹规划，有效提高清洗精度。

权利要求

1.一种面向大曲面高精度处理的机器人自动示教控制系统，包括控制器(1)，所述控制器(1)与机械臂(2)连接，其特征在于：在所述机械臂(2)输出端上安装有搭载块(3)，在该搭载块(3)搭载面上设置有伸缩机构(4)、第三CCD图像传感器(9)和激光圆点发生器(10)；

所述伸缩机构(4)的伸缩杆顶端设置有位移传感器(4a)，该伸缩杆的伸缩端与搭载块(3)搭载面固定连接，所述伸缩杆的示教连接端经第一球铰(11)与示教块(5)示教面铰接，在该示教块(5)示教面上还设置有第一CCD图像传感器(7)和第二CCD图像传感器(8)，所述第一CCD图像传感器(7)和第二CCD图像传感器(8)采集端均朝向所述伸缩机构(4)的示教连接端且所述第一CCD图像传感器(7)和第二CCD图像传感器(8)的采集方向相互垂直；

所述第三CCD图像传感器(9)的采集方向与所述伸缩机构(4)的伸缩杆伸缩方向平行，且所述第三CCD图像传感器(9)的采集方向垂直于所述搭载块(3)搭载面；

所述激光圆点发生器(10)与所述搭载块(3)经精密旋转轴(12)铰接；

所述控制器(1)的第一图像采集端与所述第一CCD图像传感器(7)连接，所述控制器(1)的第二图像采集端与所述第二CCD图像传感器(8)连接，所述控制器(1)的第三图像采集端与所述第三CCD图像传感器(9)连接，所述控制器(1)的示教连接端与所述伸缩机构(4)连接，所述控制器(1)的位移检测端与所述位移传感器(4a)连接；所述控制器(1)的示教角度控制端与所述第一球铰(11)连接，所述控制器(1)的定位激光控制端与精密旋转轴(12)连接，所述控制器(1)的激光定位端与所述激光圆点发生器(10)连接。

2.根据权利要求1所述的面向大曲面高精度处理的机器人自动示教控制系统，其特征在于：所述伸缩机构(4)或为带光栅的电缸伸缩机构，所述控制器(1)的示教连接端与电缸伸缩机构的电缸连接；

所述伸缩机构(4)或为丝杆螺母结构，在所述控制器(1)的示教连接端与所述丝杆螺母结构的丝杆驱动电机连接。

3.一种基于权利要求1所述的面向大曲面高精度处理的机器人自动示教控制系统的控制方法，其特征在于包括：用于确定施工位置并进行初始化设置的步骤；

假设以示教连接端作为施工位置O；

其中，初始化设置的具体内容为：

根据施工位置O，获取该施工位置O的实际施工距离lz；

测量得到激光圆点发生器(10)与第三CCD图像传感器(9)之间的相对距离为|AM|；

根据实际施工距离lz和相对距离|AM|，结合直角三角形夹角与边长的关系，求取激光圆点发生器(10)的偏转角度θ；

用于控制器(1)控制第一球铰(11)转动，使伸缩机构(4)伸缩杆垂直于所述示教块(5)的示教面的步骤；

用于控制器(1)控制机械臂(2)、伸缩机构(4)和精密旋转轴(12)，使伸缩杆的示教连接端与伸缩端之间的距离等于施工距离lz的步骤。

4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于用于控制器(1)控制第一球铰(11)转动，使伸缩机构(4)伸缩杆垂直于所述示教块(5)的示教面的步骤具体为：S11：控制器(1)获取施工位置O所在切面角度，并控制第一球铰(11)转动，使施工位置O所在切面与示教块(5)的示教面重合；

S12：控制器(1)通过第一CCD图像传感器(7)，获取伸缩杆与示教面在第一CCD图像传感器(7)采集方向上的形成的第一投影夹角α；

控制器(1)通过第二CCD图像传感器(8)，获取伸缩杆与示教面在第二CCD图像传感器(8)采集方向上的形成的第二投影夹角β；

S13：控制器(1)控制第一球铰(11)转动，直至第一夹角α等于90°；

S14：控制器(1)控制第一球铰(11)绕第二CCD图像传感器(8)的采集延长线上转动，直至第二投影夹角β等于90°；

S14：控制器(1)记录当前垂直状态时，第一球铰(11)和机械臂(2)的状态参数。

5.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于用于控制器(1)控制机械臂(2)、伸缩机构(4)和精密旋转轴(12)，使伸缩杆的示教连接端与伸缩端之间的距离等于施工距离lz的步骤具体为：S21：控制器(1)控制精密旋转轴(12)转动，使激光圆点发生器(10)与搭载块(3)搭载面的夹角等于所述偏转角度θ；并使所述激光圆点发生器(10)的激光光线与所述第三CCD图像传感器(9)采集延长线发生交叉；

S22：控制器(1)通过第三CCD图像传感器(9)获取激光圆点发生器(10)的激光投射在所述示教块(5)示教面上的激光投射点的位置；

若激光投射点与采集投射点重合，则控制器(1)结束控制操作，并记录当前施工位置O对应机械臂(2)、伸缩机构(4)和精密旋转轴(12)的状态参数；

若激光投射点在采集投射点与定点投影点之间，进入步骤S23；

若激光投射点在定点投影点与采集投射点的延长线上，进入步骤S24；

其中，采集投射点为当伸缩杆垂直于示教面时，所述第三CCD图像传感器(9)的采集延长线在示教块(5)示教面的交点；

其中，定点投影点为当伸缩杆垂直于示教面时，激光圆点发生器(10)在所述示教块(5)示教面的正投影点；

S23：控制器(1)控制机械臂(2)上升、伸缩机构(4)伸长微调距离，并返回步骤S22；其中微调距离预先设置；

S24：控制器(1)控制机械臂(2)下降、伸缩机构(4)缩短微调距离后返回步骤S22。

说明书

面向大曲面高精度处理的机器人自动示教控制系统及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及机器人高精度处理技术领域，具体的说是一种面向大曲面高精度处理的机器人自动示教控制系统及方法。

背景技术

[0002] 随着激光清洗技术广泛应用，在某些关键部件的膜层去除对激光清洗工艺控制提出了非常高的要求。尤其像飞机蒙皮、复合材料涂层的激光去除，不仅仅对激光器本身的性能提出了较高要求，而且对表面处理过程中的激光作用距离、作用的角度、清洗速度的均匀性、沿曲面法线方向上的指向性提出了较高要求。

[0003] 传统技术中，为了达到高精度处理的要求，还处于使用手持式的激光器进行清洗。通过操作人员的工作经验进行激光处理，但是处理操作过程中，由于操作时间长，手臂会发抖，操作人员不能精准的保持操作距离，导致激光清洗获得的表面效果差、表面质量均匀性不一致，甚至会损伤其表面基体。

[0004] 为了提高其清洗效果，采取机器人搭载激光输出端进行其表面精细化处理是非常具有成效的方式，为了满足大曲面的精细化表面处理，目前激光处理常用的示教法有遥控示教、直接示教、离线轨迹编程方法等。其中，直接示教又叫手把手示教,由人直接搬动机器人的手臂对机器人进行示教；遥控示教是现在工业机器人示教的主要方式，通过人眼观察，并通过操作员遥控调节机器人和观察姿态而完成，示教速度慢，人为因素影响大，清洗误差大。遥控示教和离线轨迹编程方法均需要依靠人为观察和操作。离线轨迹编程方法通常又叫计算机编程法，该方法往往需要知道详细的表面处理模型，但一般表面处理的均为后期维修维保过程中，很难获得其三维精细化模型参数。处理过程中，往往不能结合被处理件的结构构造，进而难以实现精确的示教参数与精确的表面处理轨迹。

发明内容

[0005] 针对上述问题，本发明提供了一种面向大曲面高精度处理的机器人自动示教控制系统及方法，搭建示教系统，可实现在大曲面表面的任一施工位置获取对应的施工距离，并记录示教位置点及机器人位姿参数值，实现大曲面表面连续点快速的示教位置点数据信息，通过控制器，对机械臂的高度和角度进行控制和校对，达到调节精度后，记录对应的施工位置的状态参数，当实际操作时，通过状态参数，实现控制器对机械臂进行控制。

[0006] 为达到上述目的，本发明采用的具体技术方案如下：

[0007] 一种面向大曲面高精度处理的机器人自动示教控制系统，包括控制器，所述控制器与机械臂连接，其关键技术在于：在所述机械臂输出端上安装有搭载块，在该搭载块搭载面上设置有伸缩机构、第三CCD图像传感器和激光圆点发生器；

[0008] 所述伸缩机构的伸缩杆顶端设置有位移传感器，该伸缩杆的伸缩端与搭载块搭载面固定连接，所述伸缩杆的示教连接端经第一球铰与示教块示教面铰接，在该示教块示教面上还设置有第一CCD图像传感器和第二CCD图像传感器，所述第一CCD图像传感器和第二CCD图像传感器采集端均朝向所述伸缩机构的示教连接端且所述第一CCD图像传感器和第二CCD图像传感器的采集方向相互垂直；

[0009] 所述伸缩机构的伸缩杆上设置有位移传感器，所述位移传感器与所述控制器的位移检测端连接；

[0010] 所述第三CCD图像传感器的采集方向与所述伸缩机构的伸缩杆伸缩方向平行，且所述第三CCD图像传感器的采集方向垂直于所述搭载块搭载面；

[0011] 所述激光圆点发生器与所述搭载块经精密旋转轴铰接；

[0012] 所述控制器的第一图像采集端与所述第一CCD图像传感器连接，所述控制器的第二图像采集端与所述第二CCD图像传感器连接，所述控制器的第三图像采集端与所述第三CCD图像传感器连接，所述控制器的示教连接端与所述伸缩机构连接，所述控制器的位移检测端与所述位移传感器连接；所述控制器的示教角度控制端与所述第一球铰连接，所述控制器的定位激光控制端与精密旋转轴连接，所述控制器的清洗控制端与所述清洗激光器连接，所述控制器的激光定位端与所述激光圆点发生器连接。

[0013] 其中，搭载块用于搭载工件表面处理工具或者设备，例如激光清洗器等，用于对工件表面进行清洁或者除去涂层等。由于去除涂层材料的特殊性，需要保证其作用角度、距离的精度。

[0014] 为了保证在实际施工过程中，实时保持垂直操作和施工，在示教控制时，通过采集方向相垂直的第一CCD图像传感器和第二CCD图像传感器，采集两个垂直投影方向上示教面和伸缩杆之间的投影夹角，结合控制器控制第一球铰转动，使伸缩杆垂直于示教面。在实际施工过程中，示教面相当于实际施工点所在切面，当记录下当前位置在伸缩杆直于示教面时机械臂的状态参数后，即可得到实际操作过程中，机械臂的工作状态。同样的，通过上述设计，伸缩机构用于控制搭载块搭载面与示教块示教面之间的距离。伸缩杆伸缩时，控制器保持示教块当前位置不移动，而通过伸缩杆伸缩端的伸长和缩短并配合机器臂的高度，来调节机械臂输出端上的搭载块与示教块之间距离。相当于模拟实际施工过程中机械臂的动作。

[0015] 激光圆点发生器可以设置多种颜色，例如红色。经精密旋转轴安装固定，并用于对伸缩高度进行检测，利用激光圆点发生器的激光投射时的偏转角度θ和投射到示教面上的位置关系，来判断是当前搭载块的位置是偏高还是偏低。其中，精密旋转轴用于对激光圆点发生器的激光投射时的偏转角度进行采集。第三CCD图像传感器对激光投射点的位置进行采集，来驱动控制器发出高度调节信号。第三CCD图像传感器与激光圆点发生器相结合，对伸缩杆的伸缩长度和激光光点投射位置进行实时检测。第一CCD图像传感器、第二CCD图像传感器实现对第一球铰的偏转和旋转角度进行实时检测，实现闭环检测与控制。

[0016] 再进一步的，所述伸缩机构或为带光栅的电缸伸缩机构，所述控制器(的示教连接端与电缸伸缩机构的电缸连接；所述伸缩机构或为丝杆螺母结构，在所述控制器的示教连接端与所述丝杆螺母结构的丝杆驱动电机连接。

[0017] 一种面向大曲面高精度处理的机器人自动示教控制方法，其关键在于包括：

[0018] 用于确定施工位置并进行初始化设置的步骤；

[0019] 假设以示教连接端作为施工位置O；

[0020] 其中，初始化设置的具体内容为：

[0021] 根据施工位置O，获取该施工位置O的实际施工距离lz；

[0022] 测量得到激光圆点发生器与第三CCD图像传感器之间的相对距离为|AM|；

[0023] 根据实际施工距离lz和相对距离|AM|，结合直角三角形夹角与边长的关系，求取激光圆点发生器的偏转角度θ；

[0024] 用于控制器控制第一球铰转动，使伸缩机构伸缩杆垂直于所述示教块的示教面的步骤；

[0025] 用于控制器控制机械臂、伸缩机构和精密旋转轴，使伸缩杆的示教连接端、伸缩端之间的距离等于施工距离lz的步骤。

[0026] 其中，根据直角三角形规律，偏转角度θ＝arctan|AM|/lz。

[0027] 当直线AM与第三CCD图像传感器的采集延长线垂直时，激光圆点发生器发出的激光光线与第三CCD图像传感器的采集延长线的交点与第三CCD图像传感器的距离即为施工距离lz。

[0028] 通过上述方法，第一，控制实现伸缩杆垂直于示教面；第二，控制搭载块与示教块之间的距离等于施工距离，第三，可以记录满足上述两点时，机械臂的状态参数，在实际施工时，可以直接调取记录的对应的状态参数，进行直接施工，满足了对实际工件的操作要求，无需人为参与。

[0029] 通过示教控制系统，实现了在工件施工前期，提前获取施工过程中机械臂在所有位置的状态参数，并将这些参数进行实际操作和利用，以满足工件施工要求。

[0030] 再进一步的技术方案，用于控制器控制第一球铰转动，使伸缩机构伸缩杆垂直于所述示教块的示教面的步骤具体为：

[0031] S11：控制器获取施工位置O所在切面角度，并控制第一球铰转动，使施工位置O所在切面与示教块的示教面重合；

[0032] S12：控制器通过第一CCD图像传感器，获取伸缩杆与示教面在第一CCD图像传感器采集方向上的形成的第一投影夹角α；

[0033] 控制器通过第二CCD图像传感器，获取伸缩杆与示教面在第二CCD图像传感器采集方向上的形成的第二投影夹角β；

[0034] S13：控制器控制第一球铰转动，直至第一夹角α等于90°；

[0035] S14：控制器控制第一球铰绕第二CCD图像传感器的采集延长线上转动，直至第二投影夹角β等于90°；

[0036] S14：控制器记录当前垂直状态时，第一球铰的状态参数。

[0037] 其中，步骤S13中可以先对第二CCD图像传感器的第二投影夹角β进行控制，使其角度值等于90°，然后再调节第一夹角α，直至第一夹角α等于90°。

[0038] 由于第一CCD图像传感器、第二CCD图像传感器的采集方向相垂直，且采集端均朝向所述伸缩机构的示教连接端。并且均设置在示教块示教面。当从两个不同的方向检测到伸缩杆与示教面形成的角度均为90度时，则表示伸缩杆已经垂直于所述示教块的示教面了。其中检测的角度可能大于90度，可能小于90度。当检测到的角度大于90度时，控制伸缩杆向缩小角度方向偏移，直至等于90度，若小于90度，则控制伸缩杆向增大角度方向偏移，直至等于90度。

[0039] 通过上述步骤，记录下同一批次的工件的不同位置，机械臂所对应的加工高度和偏移角度，当把工件上所有需要处理的位置的数据都记录后，形成工件表面垂直处理时机械臂的垂直处理状态参数的数据库。当在进行工件实际处理时，调用数据库保存的垂直处理状态参数，即可对工件表面上所有预先设定的位置进行处理，机械臂根据垂直处理状态参数数据库的数据直接执行即可。处理数据调取速度快、操作精度高、加工效果好。

[0040] 再进一步的技术方案，用于控制器控制机械臂、伸缩机构和精密旋转轴，使伸缩杆的示教连接端、伸缩端之间的距离等于施工距离lz的步骤具体为：

[0041] S21：控制器控制精密旋转轴转动，使激光圆点发生器与搭载块搭载面的夹角等于所述偏转角度θ；并使所述激光圆点发生器的激光光线与所述第三CCD图像传感器采集延长线发生交叉；

[0042] S22：控制器通过第三CCD图像传感器获取激光圆点发生器的激光投射在所述示教块示教面上的激光投射点的位置；

[0043] 若激光投射点与采集投射点重合，则控制器结束控制操作，并记录当前施工位置O对应机械臂、伸缩机构和精密旋转轴的状态参数；

[0044] 若激光投射点在采集投射点与定点投影点之间，进入步骤S23；

[0045] 若激光投射点在定点投影点与采集投射点的延长线上，进入步骤S24；

[0046] 其中，采集投射点为当伸缩杆垂直于示教面时，所述第三CCD图像传感器的采集延长线在示教块示教面的交点；

[0047] 其中，定点投影点为当伸缩杆垂直于示教面时，激光圆点发生器在所述示教块示教面的正投影点；

[0048] S23：控制器控制机械臂上升、伸缩机构伸长微调距离，并返回步骤S22；其中微调距离预先设置；

[0049] S24：控制器控制机械臂下降、伸缩机构缩短微调距离后返回步骤S22。

[0050] 在本方案中，利用激光圆点发生器偏转角一定的前提下，根据发出的激光光线投射在示教面上的位置，来判断示教块和搭载块之间的距离。通过激光圆点发生器、第三CCD图像传感器以及激光光线、采集方向延长线的交点形成直角三角形，其中交点到第三CCD图像传感器的距离即为施工距离lz。

[0051] 当示教块和搭载块之间的距离等于施工距离lz，则交点在示教块的示教面上，且激光圆点发生器的激光光线在示教面上留下的激光光点会投射在第三CCD图像传感器在示教面的正投影上，即二者重合。

[0052] 当示教块和搭载块之间的距离小于施工距离lz，则交点在示教块的示教面以下，且激光圆点发生器的激光光线在示教面上留下的激光光点会投射在激光圆点发生器、第三CCD图像传感器在示教面的正投影之间。

[0053] 当示教块和搭载块之间的距离大于施工距离lz，则交点在示教块的示教面和搭载块之间。且激光圆点发生器的激光光线在示教面上留下的激光光点会投射在激光圆点发生器、第三CCD图像传感器在示教面的正投影之外。

[0054] 通过上述方案，实现任意位置上，对施工距离进行适应性调节，并记录当工件放置在施工位置上时，机械臂在处理不同位置时对应的高度，所有位置对应机械臂的高度状态参数形成机械臂高度值数据库。在实际处理过程中，若需要安装处理激光，可以除去激光发射器自身的高度，进行适应性调高高度即可。通过调用机械臂高度值数据库，达到指定位置时，直接提取机械臂高度值数据库中对应位置的高度状态参数，机械臂就自动移动到指定位置，无需再次调节，准确快速。

[0055] 本发明的有益效果：通过机器人自动示教控制系统及方法，预先获取大曲面表面处理轨迹过程中的多点示教信息，为机器人实施表面处理过程提供快速的轨迹规划，将轨迹规划所对应的所有加工数据保存在数据库中。当机器人实际操作加工时，可根据被加工件的型号，从数据库中调取对应的数据，机械臂即可快速准确的移动到对应的指定状态，进行施工处理。操作误差小，处理精度高。

附图说明

[0056] 图1是本发明的系统控制框图；

[0057] 图2是本发明的系统结构图；

[0058] 图3是图2中H的放大示意图；

[0059] 图4是图2和图3中K的放大示意图；

[0060] 图5是本发明的自动示教控制三维移动空间示意图；

[0061] 图6中的(a)、(b)、(c)是本发明的施工距离调节状态示意图。

具体实施方式

[0062] 下面结合附图对本发明的具体实施方式以及工作原理作进一步详细说明。

[0063] 从图1-3可以看出，一种面向大曲面高精度处理的机器人自动示教控制系统，包括控制器1，所述控制器1与机械臂2连接，在所述机械臂2输出端上安装有搭载块3，在该搭载块3搭载面上设置有伸缩机构4、第三CCD图像传感器9和激光圆点发生器10。

[0064] 在本实施例中，结合图1还可以看出，所述伸缩机构4的伸缩杆顶端设置有位移传感器4a，并与搭载块抵接，该伸缩杆的伸缩端与搭载块3搭载面固定连接，所述伸缩杆的示教连接端经第一球铰11与示教块5示教面铰接，在该示教块5示教面上还设置有第一CCD图像传感器7、第二CCD图像传感器8，所述第一CCD图像传感器7、第二CCD图像传感器8采集端均朝向所述伸缩机构4的示教连接端且所述第一CCD图像传感器7、第二CCD图像传感器8的采集方向相互垂直。

[0065] 在本实施例中，结合图1还可以看出，所述第三CCD图像传感器9的采集方向与所述伸缩机构4的伸缩杆伸缩方向平行，且所述第三CCD图像传感器9的采集方向垂直于所述搭载块3搭载面；

[0066] 在本实施例中，结合图1和图4还可以看出，所述激光圆点发生器10与所述搭载块3经精密旋转轴12铰接；结合图1可以看出，所述控制器1的第一图像采集端与所述第一CCD图像传感器7连接，所述控制器1的第二图像采集端与所述第二CCD图像传感器8连接，所述控制器1的第三图像采集端与所述第三CCD图像传感器9连接，所述控制器1的示教连接端与所述伸缩机构4连接，所述控制器1的位移检测端与所述位移传感器4a连接；所述控制器1的示教角度控制端与所述第一球铰11连接，所述控制器1的定位激光控制端与精密旋转轴12连接，所述控制器1的激光定位端与所述激光圆点发生器10连接。

[0067] 在本实施例中，所述控制器1的数据存储端还与数据库12连接。该数据库包括垂直处理状态参数数据库和机械臂高度值数据库。

[0068] 在本实施例中，所述机械臂2采用的是史陶比尔TX200，或是安川的机器人。

[0069] 作为其中一种实施方式，所述伸缩机构4或为带光栅的电缸伸缩机构，所述控制器1的示教连接端与电缸伸缩机构的电缸连接。

[0070] 作为另一种实施方式，所述伸缩机构4或为丝杆螺母结构，在所述控制器1的示教连接端与所述丝杆螺母结构的丝杆驱动电机连接。

[0071] 一种面向大曲面高精度处理的机器人自动示教控制系统的方法，包括：

[0072] 用于确定施工位置并进行初始化设置的步骤，具体为：

[0073] 假设以示教连接端作为施工位置O；在本实施例中，结合图2和图5，以施工位置O为原点建立三维坐标系Oxyz。其中，平面γ1、γ2、γ2’和γ3。结合图5可以看出，平面γ1所在平面为zOy；第二CCD图像传感器8也在该zOy平面上。平面γ2所在平面为xOz；其中，第一CCD图像传感器7也在平面为xOz上。平面γ2’与平面xOz平行，在本实施例中，所述激光圆点发生器10、第三CCD图像传感器9均设置在平面γ2’上。平面γ3所在平面为xOy。

[0074] 其中，初始化设置的具体内容为：

[0075] 根据施工位置O，获取该施工位置O的实际施工距离lz；

[0076] 测量得到激光圆点发生器10与第三CCD图像传感器9之间的相对距离为|AM|＝l0；

[0077] 根据实际施工距离lz和相对距离|AM|，结合直角三角形夹角与边长的关系，求取激光圆点发生器10的偏转角度θ；

[0078] 其中偏转角度θ＝arctan|AM|/lz

[0079] 用于控制器1控制第一球铰11转动，使伸缩机构4伸缩杆垂直于所述示教块5的示教面的步骤；

[0080] 用于控制器1控制机械臂2、伸缩机构4和精密旋转轴12，使伸缩杆的示教连接端与伸缩端之间的距离等于施工距离lz的步骤。

[0081] 结合图4和图5可以看出，用于控制器1控制第一球铰11转动，使伸缩机构4伸缩杆垂直于所述示教块5的示教面的步骤具体为：

[0082] S11：控制器1获取施工位置O所在切面角度，并控制第一球铰11转动，使施工位置O所在切面与示教块5的示教面重合；

[0083] S12：控制器1通过第一CCD图像传感器7，获取伸缩杆与示教面在第一CCD图像传感器7采集方向上的形成的第一投影夹角α；

[0084] 控制器1通过第二CCD图像传感器8，获取伸缩杆与示教面在第二CCD图像传感器8采集方向上的形成的第二投影夹角β；

[0085] S13：控制器1控制第一球铰11转动，直至第一夹角α等于90°；

[0086] S14：控制器1控制第一球铰11绕第二CCD图像传感器8的采集延长线上转动，直至第二投影夹角β等于90°；

[0087] 在实施过程中，步骤S13和S14可以对调。

[0088] S14：控制器1记录当前垂直状态时，第一球铰11和机械臂2的状态参数，并保存在垂直处理状态参数数据库中。

[0089] 结合图3可以看出，用于控制器1控制机械臂2、伸缩机构4和精密旋转轴12，使伸缩杆的示教连接端、伸缩端之间的距离等于施工距离lz的步骤具体为：

[0090] S21：控制器1控制精密旋转轴12转动，使激光圆点发生器10与搭载块3搭载面的夹角等于所述偏转角度θ；并使所述激光圆点发生器10的激光光线与所述第三CCD图像传感器9采集延长线发生交叉；

[0091] S22：控制器1通过第三CCD图像传感器9获取激光圆点发生器10的激光投射在所述示教块5示教面上的激光投射点的位置；

[0092] 若激光投射点与采集投射点重合，则控制器1结束控制操作，并记录当前施工位置O对应机械臂2、伸缩机构4和精密旋转轴12的状态参数，并将该状态参数保存在机械臂高度值数据库中，当在实际施工时，进行数据调取。

[0093] 若激光投射点在采集投射点与定点投影点之间，进入步骤S23；

[0094] 若激光投射点在定点投影点与采集投射点的延长线上，进入步骤S24；

[0095] 其中，采集投射点为当伸缩杆垂直于示教面时，所述第三CCD图像传感器9的采集延长线在示教块5示教面的交点；

[0096] 其中，定点投影点为当伸缩杆垂直于示教面时，激光圆点发生器10在所述示教块5示教面的正投影点；

[0097] S23：控制器1控制机械臂2上升、伸缩机构4伸长微调距离，并返回步骤S22；其中微调距离预先设置；

[0098] S24：控制器1控制机械臂2下降、伸缩机构4缩短微调距离后返回步骤S22。

[0099] 本发明的工作原理：

[0100] 确定第一球铰11中心为施工位置O；

[0101] 使伸缩机构4伸缩杆垂直于所述示教块5的示教面的调节过程中，假设第一CCD图像传感器7所在位置为CCD-1点；第二CCD图像传感器8所在位置为CCD-2点；伸缩机构与搭载块3的连接点为E点。

[0102] 其中，伸缩杆与示教面在第一CCD图像传感器7采集方向上的形成的第一投影夹角α。

[0103] 伸缩杆与示教面在第二CCD图像传感器8采集方向上的形成的第二投影夹角β。

[0104] 控制器1控制第一球铰11和机械臂2转动后，使两个垂直方向投影形成的第一投影夹角α、第二投影夹角β均等于90度时，则表示伸缩杆已经垂直于示教面了，则机械臂施工过程中，机械臂保持此时的偏转角度和状态时，其搭载块3搭载的伸缩杆是垂直于施工位置O所在曲面的切面后，实现了垂直控制。

[0105] 使伸缩杆的示教连接端与伸缩端之间的距离等于施工距离lz的工作原理为：

[0106] 当保持伸缩杆是垂直于施工位置O所在曲面切面后，再进行距离控制。

[0107] 假设，第三CCD图像传感器9所在位置为M点，激光圆点发生器10所在位置为A点；所述第三CCD图像传感器9的采集延长线与激光圆点发生器10发出的激光光线交点为N点，激光圆点发生器在示教面上的投射位置为F点，第三CCD图像传感器9到示教面的距离为lz’。

[0108] 通过第三CCD图像传感器9对激光圆点发生器10发出的激光光线投射在示教面上的激光投射点F的位置进行采集，结合图6中的(a)可以看出，当激光投射点F和交点N重合，交点N恰好与示教面重合，则，此时施工距离lz恰好合适。

[0109] 图6中的(b)可以看出，当激光投射点F在AM正投影之间，激光投射点F和交点N不重合，且交点N在示教面之下。则此时距离lz’小于施工距离lz，则需要保持施工位置不变，伸长伸缩杆，直至交点N与示教面重合。

[0110] 结合图6中的(c)可以看出，当激光投射点F在AM正投影之外，且激光投射点F和交点N不重合，且交点N在示教面之上，则此时距离lz’大于施工距离lz，则需要保持施工位置不变，缩短伸缩杆，直至交点N与示教面重合。

[0111] 当调节到施工距离后，数据库12保存当前机械臂2的所有状态数据，并对垂直处理状态参数进行更新。当施工过程中，直接调用数据库12中的数据，控制机械臂2按照最终保存的数据进行姿态调节，对工件进行施工。

[0112] 应当指出的是，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改性、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。