[發(fā)明專利]一種工業(yè)機(jī)器人同三維成像儀位姿關(guān)系現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)標(biāo)定方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810109922.4
• 申請(qǐng)日: 2018-02-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108180834A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-06-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 秦飛;曹同來(lái);林海劍;葉昌堯;張獻(xiàn)州;羅保林;包建強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中鐵二十二局集團(tuán)有限公司;中鐵二十二局集團(tuán)第二工程有限公司;西南交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B11/00
• 分類號(hào): G01B11/00
• 代理公司: 北京彭麗芳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11407
• 代理人: 彭麗芳

本發(fā)明公開(kāi)了一種工業(yè)機(jī)器人同三維成像儀關(guān)系現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)標(biāo)定方法，包括：步驟1)在法蘭盤(pán)坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)參數(shù)保持不變的情況下，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人以固定姿態(tài)不同位置通過(guò)平移成像儀的方式對(duì)標(biāo)定板的同一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行多次掃描，形成第一點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并記錄法蘭盤(pán)坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)和平移參數(shù)；步驟2)對(duì)成像儀的第一點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過(guò)擬合的方式以獲取相應(yīng)的圓心坐標(biāo)，并計(jì)算出標(biāo)定旋轉(zhuǎn)參數(shù)；步驟3)再次驅(qū)動(dòng)機(jī)器人以不同姿態(tài)、不同位置對(duì)同一目標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行多次掃描，形成第二點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并記錄法蘭盤(pán)坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)和平移參數(shù)；步驟4)對(duì)獲取的第二點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，求取點(diǎn)云的圓心，并計(jì)算標(biāo)定平移參數(shù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及大尺寸工件檢測(cè)領(lǐng)域，尤其設(shè)計(jì)一種基于機(jī)器人和三維成像儀、掃描儀的標(biāo)定的方法。

背景技術(shù)

在大尺寸工件檢測(cè)領(lǐng)域中，若利用工業(yè)機(jī)器人攜帶三維成像儀、激光掃描儀獲取工件表面不同部位點(diǎn)云數(shù)據(jù)，且各部位點(diǎn)云數(shù)據(jù)無(wú)公共區(qū)域時(shí)，通常利用工業(yè)機(jī)器人工具坐標(biāo)系原點(diǎn)的位置和姿態(tài)，拼接各部位點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

因此，若精確標(biāo)定機(jī)器人法蘭盤(pán)前端坐標(biāo)系與三維成像儀坐標(biāo)系或三維掃描儀坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系，即兩坐標(biāo)系的平移旋轉(zhuǎn)參數(shù)，則可利用機(jī)器人建立以三維成像儀坐標(biāo)系或三維掃描儀為工具的工具坐標(biāo)系，實(shí)時(shí)精確獲得三維成像儀坐標(biāo)系或三維掃描儀，在檢測(cè)過(guò)程中固定坐標(biāo)下的位置與姿態(tài)，從而獲得三維成像儀坐標(biāo)系或三維掃描儀運(yùn)動(dòng)的相對(duì)位置姿態(tài)關(guān)系。根據(jù)其相對(duì)位置參數(shù)可獲大工件不同區(qū)域點(diǎn)云數(shù)據(jù)的相對(duì)位置姿態(tài)關(guān)系，為其點(diǎn)云數(shù)據(jù)拼接提供原始數(shù)據(jù)。機(jī)器人法蘭盤(pán)前端坐標(biāo)系與三維成像儀坐標(biāo)系或三維掃描儀坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系的精確標(biāo)定，保證機(jī)器人攜帶三維成像儀坐標(biāo)系或三維掃描儀以指定的方向、姿態(tài)和速度運(yùn)動(dòng)。

而現(xiàn)有精確標(biāo)定方法屬于非現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)標(biāo)定方法，存在標(biāo)定精度低、速度慢、操作過(guò)程復(fù)雜、理論不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)热秉c(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種工業(yè)機(jī)器人同三維成像儀位姿關(guān)系現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)標(biāo)定方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案如下：

一種工業(yè)機(jī)器人同三維成像儀關(guān)系現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)標(biāo)定方法，包括：

步驟1)在法蘭盤(pán)坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)參數(shù)保持不變的情況下，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人以固定姿態(tài)不同位置通過(guò)平移成像儀的方式對(duì)標(biāo)定板的同一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行多次掃描，形成第一點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并記錄法蘭盤(pán)坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)和平移參數(shù)；

步驟2)對(duì)成像儀的第一點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過(guò)擬合的方式以獲取相應(yīng)的圓心坐標(biāo)，并計(jì)算出標(biāo)定旋轉(zhuǎn)參數(shù)；

步驟3)在法蘭盤(pán)坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)矩陣參數(shù)保持不變的情況下，再次驅(qū)動(dòng)機(jī)器人以不同姿態(tài)、不同位置對(duì)同一目標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行多次掃描，形成第二點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并記錄法蘭盤(pán)坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)和平移參數(shù)；

步驟4)對(duì)獲取的第二點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，求取點(diǎn)云的圓心，并計(jì)算標(biāo)定平移參數(shù)，從而完成標(biāo)定工作。

優(yōu)選的是，步驟1)和步驟3)中，至少要對(duì)同一目標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行二十次掃描。

優(yōu)選的是，步驟4)中，具體包括：

根據(jù)機(jī)器人反饋的坐標(biāo)數(shù)據(jù)以及三維成像儀下目標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)，利用其相對(duì)關(guān)系構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，引入羅德里格矩陣和整體最小二乘算法，從而解算出掃描儀/掃描儀和機(jī)器人其相對(duì)姿態(tài)位置關(guān)系。

優(yōu)選的是，步驟1)中，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人以固定姿態(tài)不同位置通過(guò)平移成像儀的方式對(duì)標(biāo)定板的同一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行多次掃描，形成第一點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并記錄法蘭盤(pán)坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)和平移參數(shù)，包括：

根據(jù)某一姿態(tài)法蘭盤(pán)坐標(biāo)系相對(duì)于機(jī)器人基坐標(biāo)系的相對(duì)關(guān)系以及目標(biāo)點(diǎn)在三維成像儀/掃描儀下的坐標(biāo)的關(guān)系：