[發(fā)明專利]一種基于標(biāo)準(zhǔn)球陣的零件特征機(jī)器人快速視覺定位方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010401639.6
• 申請(qǐng)日: 2020-05-13
• 公開（公告）號(hào): CN111551111B
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李文龍;田亞明;王剛;陳穎茂
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B11/00
• 分類號(hào): G01B11/00
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 孔娜;李智

1.一種基于標(biāo)準(zhǔn)球陣的零件特征機(jī)器人快速視覺定位方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

(1)位于零件周圍的位置一處的機(jī)器人帶動(dòng)掃描儀分別掃描測(cè)量至少含有三個(gè)不同直徑大小標(biāo)準(zhǔn)球的標(biāo)準(zhǔn)球原始點(diǎn)云一及需定位零件原始點(diǎn)云；

(2)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)球原始點(diǎn)云一執(zhí)行點(diǎn)云分割以得到標(biāo)準(zhǔn)球陣點(diǎn)云；

(3)基于分割得到的標(biāo)準(zhǔn)球陣點(diǎn)云構(gòu)建局部坐標(biāo)系并計(jì)算得到局部坐標(biāo)系到測(cè)量坐標(biāo)系的變換矩陣；

(4)對(duì)需定位零件原始點(diǎn)云執(zhí)行點(diǎn)云分割以得到零件測(cè)量點(diǎn)云；

(5)將所述零件測(cè)量點(diǎn)云作為測(cè)試模型，與作為參考模型的零件標(biāo)準(zhǔn)模型進(jìn)行匹配，并計(jì)算得到零件特征位姿；

(6)基于得到的變換矩陣所組成的坐標(biāo)變換矩陣組來(lái)計(jì)算零件特征在標(biāo)準(zhǔn)球陣點(diǎn)云局部坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；

(7)位置二處的機(jī)器人帶動(dòng)掃描儀掃描測(cè)量至少含有三個(gè)不同直徑大小標(biāo)準(zhǔn)球的標(biāo)準(zhǔn)球原始點(diǎn)云二；

(8)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)球原始點(diǎn)云二執(zhí)行點(diǎn)云分割以得到標(biāo)準(zhǔn)球陣點(diǎn)云二；

(9)基于所述標(biāo)準(zhǔn)球陣點(diǎn)云二構(gòu)建局部坐標(biāo)系并計(jì)算該局部坐標(biāo)系到對(duì)應(yīng)的測(cè)量坐標(biāo)系的變換矩陣；

(10)基于得到的變換矩陣將位置一處的零件特征在標(biāo)準(zhǔn)球陣點(diǎn)云局部坐標(biāo)系下的坐標(biāo)通過(guò)坐標(biāo)變換計(jì)算得到位置二處的零件特征在機(jī)器人基坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，由此完成快速視覺定位；

至少含有三個(gè)不同直徑大小標(biāo)準(zhǔn)球的標(biāo)準(zhǔn)球原始點(diǎn)云一與標(biāo)準(zhǔn)球原始點(diǎn)云二的標(biāo)準(zhǔn)球陣模型是同一實(shí)體模型，且與需定位零件原始點(diǎn)云的實(shí)體模型在空間中的相對(duì)位置保持不變。

2.如權(quán)利要求1所述的基于標(biāo)準(zhǔn)球陣的零件特征機(jī)器人快速視覺定位方法，其特征在于：采用隨機(jī)采樣一致性及歐氏聚類的方式對(duì)標(biāo)準(zhǔn)球原始點(diǎn)云和零件原始點(diǎn)云執(zhí)行點(diǎn)云分割。

3.如權(quán)利要求1所述的基于標(biāo)準(zhǔn)球陣的零件特征機(jī)器人快速視覺定位方法，其特征在于：步驟(3)和步驟(9)中，通過(guò)最小二乘擬合計(jì)算分割的標(biāo)準(zhǔn)球陣點(diǎn)云中標(biāo)準(zhǔn)球的直徑和球心坐標(biāo)，并按照直徑大小對(duì)標(biāo)準(zhǔn)球陣進(jìn)行升序或降序排列，取排列最靠前的三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球，分別編號(hào)為1、2、3，以1號(hào)標(biāo)準(zhǔn)球的球心為原點(diǎn)，分別計(jì)算該原點(diǎn)到2號(hào)標(biāo)準(zhǔn)球和3號(hào)標(biāo)準(zhǔn)球的球心距矢量，以1號(hào)標(biāo)準(zhǔn)球到2號(hào)標(biāo)準(zhǔn)球的球心距矢量為X軸，1號(hào)標(biāo)準(zhǔn)球到3號(hào)標(biāo)準(zhǔn)球的球心距矢量為Y軸，根據(jù)右手定則計(jì)算Z軸，再根據(jù)右手定則，基于X軸和Z軸重新計(jì)算Y軸，最后采用標(biāo)準(zhǔn)化和Schmidt正交化對(duì)X、Y、Z軸向量進(jìn)行處理，進(jìn)而創(chuàng)建局部坐標(biāo)系，并結(jié)合1號(hào)標(biāo)準(zhǔn)球的球心在測(cè)量坐標(biāo)系下的坐標(biāo)計(jì)算局部坐標(biāo)系到測(cè)量坐標(biāo)系的變換矩陣。

4.如權(quán)利要求1所述的基于標(biāo)準(zhǔn)球陣的零件特征機(jī)器人快速視覺定位方法，其特征在于：步驟(5)采用ADF算法進(jìn)行匹配，基于已創(chuàng)建好的零件標(biāo)準(zhǔn)模型中的位姿信息，通過(guò)求解逆變換矩陣計(jì)算零件特征位姿。

5.如權(quán)利要求1所述的基于標(biāo)準(zhǔn)球陣的零件特征機(jī)器人快速視覺定位方法，其特征在于：步驟(6)和步驟(10)均是在位置一和位置二處的標(biāo)準(zhǔn)球陣局部坐標(biāo)系與零件特征在空間中的相對(duì)位置保持不變的情況下，分別計(jì)算零件特征在標(biāo)準(zhǔn)球陣局部坐標(biāo)系和機(jī)器人基坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。

6.如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的基于標(biāo)準(zhǔn)球陣的零件特征機(jī)器人快速視覺定位方法，其特征在于：所述機(jī)器人為六自由度工業(yè)機(jī)器人，所述掃描儀為光柵式雙目面陣掃描儀。

7.如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的基于標(biāo)準(zhǔn)球陣的零件特征機(jī)器人快速視覺定位方法，其特征在于：保持標(biāo)準(zhǔn)球陣實(shí)體模型與零件特征實(shí)體模型在空間中的相對(duì)位置不變，將其從位置一移動(dòng)到位置二；其次，在位置二處控制機(jī)器人帶動(dòng)掃描儀多姿態(tài)掃描測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)球陣，并記錄每一位置相對(duì)應(yīng)機(jī)器人的位姿，基于AX＝XB理論模型計(jì)算手眼關(guān)系，即測(cè)量坐標(biāo)系到機(jī)器人末端坐標(biāo)系的變換矩陣，記為

8.如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的基于標(biāo)準(zhǔn)球陣的零件特征機(jī)器人快速視覺定位方法，其特征在于：步驟(6)中，首先，基于機(jī)器人一的位姿Pose一計(jì)算位置一處的機(jī)器人一測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)球陣時(shí)末端坐標(biāo)系到基坐標(biāo)系的變換矩陣，記為

其次，基于機(jī)器人一的位姿Pose二計(jì)算位置一處的機(jī)器人一測(cè)量零件特征時(shí)末端坐標(biāo)系到基坐標(biāo)系的變換矩陣，記為

最后，基于位置一處的坐標(biāo)變換矩陣組，計(jì)算零件特征在標(biāo)準(zhǔn)球陣點(diǎn)云局部坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為其中手眼矩陣故