[發明專利]基于計算機視覺的機器人激光清洗路徑規劃系統及方法

在審

• 申請號: 201910399312.7
• 申請日: 2019-05-14
• 公開（公告）號: CN110116116A
• 公開（公告）日: 2019-08-13
• 發明（設計）人: 徐遲;劉翊;洪鑫;關澤彪
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: B08B7/00
• 分類號: B08B7/00;B08B13/00;B25J9/00;B25J9/16;B25J11/00
• 代理公司: 武漢知產時代知識產權代理有限公司 42238
• 代理人: 易濱

1.本發明提出了一種基于計算機視覺的機器人激光清洗路徑規劃系統，其特征在于，該系統包括視覺運動捕捉模塊、計算機工作站、機械臂、設于機械臂末端的激光清洗裝置、深度攝像頭和示教裝置；其中：

所述視覺運動捕捉模塊包括若干個紅外攝像機；其中，每個紅外攝像機連接到計算機工作站，將數據同步傳輸到計算機工作站；

所述深度攝像頭安裝于機械臂末端和示教裝置上；所述深度攝像頭連接到計算機工作站，用于拍攝并傳輸目標工件的彩色圖像與深度圖像到計算機工作站；其中，計算機工作站利用接收到彩色圖像與深度圖像，采用ICP算法對目標工件進行三維重建，進一步得到示教裝置與目標工件的相對位姿；

示教裝置上設有若干個示教標記點；示教裝置在示教的過程中，該裝置上設有的若干個示教標記點共同構成一個剛體，經由視覺運動捕捉模塊進行拍攝并傳輸到計算機工作站，由計算機工作站進一步處理得到所述剛體的空間坐標，然后根據所述空間坐標得到示教裝置末端的空間姿態；

所述機械臂連接到計算機工作站，所述機械臂末端固定有激光清洗裝置；計算機工作站根據處理得到的示教裝置末端的空間姿態，對機械臂的運動路徑進行規劃，并驅動機械臂沿著規劃好的路徑運動；其中，在機械臂沿著規劃好的路徑運動時，計算機工作站根據示教裝置與目標工件的相對位姿，對設于機械臂末端的激光清洗裝置和目標工件之間的相對位姿進行調整的同時，驅動激光清洗裝置對目標工件的進行激光清洗。

2.根據權利要求1所述的機器人激光清洗路徑規劃系統，其特征在于，在搭建若干臺紅外攝像機時，通過T型和L型標定工具，對由若干個紅外攝像機構成的攝像機系統的空間坐標系進行標定。

3.根據權利要求1所述的機器人激光清洗路徑規劃系統，其特征在于，所述示教裝置還包括軌跡定義控制開關、深度攝像頭控制開關和無線通信模塊，其中：

所述無線通信模塊與計算機工作站無線連接；所述軌跡定義控制開關和深度攝像頭控制開關均與無線通信模塊連接，用于控制機械臂和激光清洗裝置的運行模式；其中，控制過程中產生的控制信號經由無線傳輸模塊實時傳輸到計算機工作站，由其進一步控制機械臂和激光清洗裝置的運動路徑的開始和結束位置。

4.根據權利要求1所述的機器人激光清洗路徑規劃系統，其特征在于，所述計算機工作站包括計算機主機，以及運行在計算機主機內的控制軟件；所述控制軟件包括用于接收和處理所有實時數據的數據處理模塊、用于對機械臂進行運動控制和標定的機械臂控制模塊和機械臂標定模塊、用于對目標工件進行三維重建的三維重建模塊、用于顯示或回放機械臂運動過程的可視化模塊，以及用于對激光清洗裝置進行控制的激光控制模塊。

5.根據權利要求4所述的機器人激光清洗路徑規劃系統，其特征在于，所述計算機工作站還包括與計算機主機相連的顯示終端；所述可視化模塊通過顯示終端對示教過程以及機械臂運動過程進行實時顯示或回放；其中，可視化模塊的實時顯示包括真實錄像，以及利用OpenGL軟件進行三維場景模擬。

6.根據權利要求4所述的機器人激光清洗路徑規劃系統，其特征在于，深度攝像將拍攝得到的目標工件的深度圖像和彩色圖像傳輸到計算機工作站，所述計算機工作站在接收到數據后，一方面利用數據處理模塊對彩色圖像與深度圖像進行處理，得到目標工件的點云數據；另一方面通過三維重建模塊對所述點云數據進行濾波處理后，針對濾波后的數據，采用ICP算法對目標工件進行三維重建，最終得到目標工件的3D點云模板；其中，根據由所述3D點云模板得到目標工件與示教裝置之間的相對位姿，且3D點云模板存儲于三維重建模塊，便于在對目標工件進行二次清洗時，利用當前存儲的3D點云模板，判斷在當前清洗與上次清洗的過程中，目標工件與示教裝置的相對位姿是否存在偏差。