[發(fā)明專利]激光雷達(dá)測量中機(jī)器人站位規(guī)劃方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010054454.2
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111428334B
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 萬能;王展;常智勇;張鳳仙;宋屹桐
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/18;G06F111/04
• 代理公司: 西安匠星互智知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 61291
• 代理人: 陳星

本發(fā)明公開了一種激光雷達(dá)測量中機(jī)器人站位規(guī)劃方法，用于解決現(xiàn)有激光雷達(dá)測量中測量視點規(guī)劃方法測量站位點多的技術(shù)問題。技術(shù)方案是首先構(gòu)建CAD仿真模型并建立坐標(biāo)系，再構(gòu)建視點可達(dá)圓錐模型，根據(jù)測量精度要求對視點可達(dá)圓錐模型進(jìn)行離散處理，利用激光雷達(dá)測量約束和工業(yè)機(jī)器人手臂可達(dá)空間范圍約束對小球集合進(jìn)行篩選，將滿足約束條件的小球保留，取包含小球種類最多的相交區(qū)域，以相交區(qū)域的型心作為激光雷達(dá)測量站位點。本發(fā)明使用離散小球進(jìn)行測量可達(dá)域計算，根據(jù)測量精度確定離小球半徑，使測量速率與測量精度相適應(yīng)。針對不同的測量精度，算法都保持較高的計算效率，激光雷達(dá)測量站位點總數(shù)減少20～30％。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種激光雷達(dá)測量中測量視點規(guī)劃方法，特別涉及一種激光雷達(dá)測量中機(jī)器人站位規(guī)劃方法。

背景技術(shù)

激光雷達(dá)自動化三維測量是由多自由度機(jī)器人調(diào)整激光雷達(dá)位姿，從多個測量視點對零件進(jìn)行測量，從而獲得準(zhǔn)確的測量數(shù)據(jù)。測量視點的生成過程影響檢測的整體效率和準(zhǔn)確率。

文獻(xiàn)“CN109163674A一種面結(jié)構(gòu)光自動化三維測量中傳感器測量視點規(guī)劃方法”提出了一種基于面結(jié)構(gòu)光測量的測量視點規(guī)劃方法。通過對復(fù)雜零件分塊處理，將數(shù)量眾多的被檢測點分配到單個體積塊中。使用一個測量視點檢測多個類似的被檢測點，從而提高檢測效率。然而對于復(fù)雜裝配體而言，裝配體的空間結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，需要的測量視點更多。檢測任務(wù)也是復(fù)雜零件的數(shù)倍。該方法無法滿足復(fù)雜的裝配體的檢測需求。

國內(nèi)外已存在關(guān)于測量視點自動規(guī)劃技術(shù)的多項研究。其中較為先進(jìn)的方法是分析檢測任務(wù)中的各種約束之間的相互關(guān)系，基于這些關(guān)系生成一個符合限制條件的測量視點。對于復(fù)雜裝配體的檢測而言，這種方法的計算量大、耗時高。缺乏對數(shù)量眾多的測量視點聚類優(yōu)化的過程。

綜上所述，目前復(fù)雜裝配體測量過程中，存在算法效率低，測量點冗余等問題。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有激光雷達(dá)測量中測量視點規(guī)劃方法測量站位點多的不足，本發(fā)明提供一種激光雷達(dá)測量中機(jī)器人站位規(guī)劃方法。該方法首先構(gòu)建CAD仿真模型并建立坐標(biāo)系，再構(gòu)建視點可達(dá)圓錐模型，根據(jù)測量精度要求對視點可達(dá)圓錐模型進(jìn)行離散處理，利用激光雷達(dá)測量約束和工業(yè)機(jī)器人手臂可達(dá)空間范圍約束對小球集合進(jìn)行篩選，將滿足約束條件的小球保留，取包含小球種類最多的相交區(qū)域，以相交區(qū)域的型心作為激光雷達(dá)測量站位點。將從測量站位點能測量的測量點所對應(yīng)的離散小球，從所有測量點所對應(yīng)的離散小球集合中移除。對其余測量點繼續(xù)上述過程，直至生成與所有測量點相對應(yīng)的激光雷達(dá)測量站位點。本發(fā)明使用離散小球進(jìn)行測量可達(dá)域計算，根據(jù)測量精度確定離小球半徑，使測量速率與測量精度相適應(yīng)。針對不同的測量精度，算法都可以保持較高的計算效率。本發(fā)明方法的柔性高于背景技術(shù)方法。對測量可達(dá)域進(jìn)行幾何求交運算，實現(xiàn)用數(shù)量最少激光雷達(dá)測量站位點完成檢測任務(wù)，將激光雷達(dá)測量站位點總數(shù)減少20～30％。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案：一種激光雷達(dá)測量中機(jī)器人站位規(guī)劃方法，其特點是包括以下步驟：

(a)構(gòu)建CAD仿真模型并建立坐標(biāo)系。采用三維造型軟件，將已知的激光雷達(dá)、機(jī)器人手臂模型和零件模型裝配在檢測平臺上。建立檢測世界坐標(biāo)系S_w，任選檢測平臺上一點作為S_w的原點，用三維移動平臺的三個正交運動方向分別作為S_w的X,Y,Z軸的方向。以機(jī)器人手臂基座中心點O_b為基點建立運動坐標(biāo)系S_b，三個坐標(biāo)軸的方向與S_w的三個坐標(biāo)軸的方向相同。標(biāo)注出所有測量點的坐標(biāo)和表面單位法矢。