[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

本發明公開了一種基于計算機視覺的機器人激光清洗路徑規劃系統及方法。該系統中包括：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。采用基于計算機視覺的示教方法，用戶通過示教裝置完成路徑規劃，以人機協作的方式指導機器人對目標工件的進行激光清洗。此方法應用于小型工件的流水線作業，可提高工作效率；對于待加工的大型工件，可提高示教效率，同時充分結合了人的經驗，避免在真實復雜環境中視覺自動識別方法失誤率高的問題。

技術領域

本發明涉及機器人技術與應用領域，更具體地說，涉及一種利用機器視覺方法，對機器人激光清洗路徑進行規劃。

背景技術

隨著軌道交通的快速發展，地鐵和高速列車產量大大增加。鋁合金和鋼作為軌道交通生產的主要材料，應用在高鐵上時采用的連接方式主要為焊接，因此，為避免焊縫缺陷、提高焊接質量，在制造和檢修過程中，常需要對一些復雜結構材料進行銹蝕、油污和油漆去除，在焊接前對焊接材料進行焊前清洗。

隨著生產工藝與要求的提高，傳統的處理方式如機械打磨法、化學腐蝕法等存在著清洗過程耗時長、效率低、損傷基材、加工成本高以及存在作業環境惡劣和環境污染等缺點，因此逐漸被淘汰，而采用激光清洗方式則可以很好的解決上述問題。

激光清洗利用激光能量密度高、聚焦性強、方向性好等特點，通過透鏡組合聚焦光束，把光束集中到一個很小的區域中，利用激光脈沖的振動、分子的光分解或相變或它們的粒子聯合作用等克服污物與基體表面之間的結合力，使污物脫離表面而達到清洗的目的。激光清洗作為當前最有前景的新型清洗方法，具有高效、綠色無污染、無損傷、非接觸式清洗等特點，但如何有效提高激光清洗任務的自動化程度是當前工業界面臨的一個難題。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于，針對現有技術的缺陷，提供一種基于計算機視覺的機器人激光清洗路徑規劃系統及方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：構造一種基于計算機視覺的機器人激光清洗路徑規劃系統，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。

進一步的，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。

進一步的，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：