[發(fā)明專利]僅有棱邊特征工件的定位方法、應(yīng)用及精度評(píng)價(jià)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010939637.2
• 申請(qǐng)日: 2020-09-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112082483B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-12-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭寅;尹仕斌;劉海慶;李曉飛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 易思維（杭州）科技有限公司
• 主分類號(hào): G01B11/00
• 分類號(hào): G01B11/00;G01B11/24
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1.一種僅有棱邊特征工件的定位方法，所述僅有棱邊特征工件表面至少形成有兩條不在同一直線上的棱邊；其特征在于：

機(jī)器人帶動(dòng)單線結(jié)構(gòu)光傳感器在多個(gè)不同測(cè)試位置對(duì)標(biāo)準(zhǔn)工件進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)試結(jié)果中至少包括三個(gè)不在同一直線上的棱邊上的點(diǎn)；測(cè)試前，標(biāo)定好各個(gè)測(cè)試位置輔助直線方程及測(cè)試點(diǎn)的三維坐標(biāo)，以此為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，同時(shí)將各測(cè)試位置單線結(jié)構(gòu)光傳感器的光平面方程轉(zhuǎn)換到空間坐標(biāo)系，并記錄；

各個(gè)測(cè)試位置所對(duì)應(yīng)的測(cè)試點(diǎn)、輔助直線通過(guò)以下方法獲得：在測(cè)試位置，單線結(jié)構(gòu)光光條在標(biāo)準(zhǔn)工件上的拐點(diǎn)為測(cè)試點(diǎn)；以測(cè)試點(diǎn)為基準(zhǔn)通過(guò)微調(diào)機(jī)器人位置獲取多個(gè)位于同條棱邊上的點(diǎn)，利用其與對(duì)應(yīng)測(cè)試點(diǎn)的三維坐標(biāo)擬合得到輔助直線；

測(cè)試時(shí)，與所述標(biāo)準(zhǔn)工件同型號(hào)的工件按照預(yù)先設(shè)定的狀態(tài)放置在檢測(cè)工位上，機(jī)器人按照預(yù)設(shè)路徑帶動(dòng)單線結(jié)構(gòu)光傳感器在不同測(cè)試位置獲取各測(cè)試點(diǎn)的三維坐標(biāo)，記為實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)；

基于標(biāo)定過(guò)程中記錄的各測(cè)試點(diǎn)的三維坐標(biāo)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中各測(cè)試點(diǎn)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)計(jì)算旋轉(zhuǎn)平移矩陣；以此為基礎(chǔ)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)中各條輔助直線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)平移，再將其與各自對(duì)應(yīng)的光平面方程的交點(diǎn)記入校準(zhǔn)點(diǎn)集；

以實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中各測(cè)試點(diǎn)的三維坐標(biāo)、對(duì)應(yīng)校準(zhǔn)點(diǎn)集中的交點(diǎn)之間的距離為目標(biāo)函數(shù)，利用最優(yōu)化方法迭代得出滿足收斂條件的最優(yōu)旋轉(zhuǎn)平移矩陣；

將最優(yōu)旋轉(zhuǎn)平移矩陣補(bǔ)償?shù)綐?biāo)定過(guò)程中各測(cè)試點(diǎn)的坐標(biāo)，得到當(dāng)前工件的位置，完成定位。

2.如權(quán)利要求1所述僅有棱邊特征工件的定位方法，其特征在于：工件按照預(yù)先設(shè)定的狀態(tài)放置在檢測(cè)工位時(shí)，其與標(biāo)定時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)工件位置橫縱方向偏差在30mm以內(nèi)，角度偏差在5°以內(nèi)。

3.如權(quán)利要求1所述僅有棱邊特征工件的定位方法，其特征在于：所述最優(yōu)化方法為梯度下降法、LM法或高斯牛頓法。

4.如權(quán)利要求1所述僅有棱邊特征工件的定位方法，其特征在于：將目標(biāo)函數(shù)表示為min{S_i-F_i}，i＝1，2……m，m表示測(cè)試點(diǎn)個(gè)數(shù)，S_i表示第i個(gè)測(cè)試位置實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中測(cè)試點(diǎn)的三維坐標(biāo)，F(xiàn)_i表示第i個(gè)測(cè)試位置校準(zhǔn)點(diǎn)集中交點(diǎn)的三維坐標(biāo)；

收斂條件為：唯一上限值或者對(duì)于每個(gè)測(cè)試位置設(shè)置1個(gè)目標(biāo)函數(shù)的上限值。

5.一種利用權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)所述定位方法進(jìn)行工件抓取的方法，其特征在于，將最優(yōu)化旋轉(zhuǎn)平移矩陣補(bǔ)償?shù)阶ゼC(jī)器人的抓件軌跡，引導(dǎo)抓件機(jī)器人根據(jù)實(shí)際位置進(jìn)行工件抓取。

6.一種利用權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)所述定位方法進(jìn)行工件加工的方法，其特征在于，將最優(yōu)化旋轉(zhuǎn)平移矩陣補(bǔ)償?shù)郊庸C(jī)器人的加工軌跡，引導(dǎo)抓件機(jī)器人根據(jù)實(shí)際位置進(jìn)行工件加工。

7.一種對(duì)上述定位方法進(jìn)行精度評(píng)價(jià)的方法，其特征在于，進(jìn)行以下步驟：

S1、利用標(biāo)準(zhǔn)儀器獲取標(biāo)準(zhǔn)工件上特定點(diǎn)的三維坐標(biāo)Q_j，j＝1,2……n，n表示特征點(diǎn)個(gè)數(shù)；所述標(biāo)準(zhǔn)儀器包括激光跟蹤儀、三坐標(biāo)機(jī)和V-Satrs；所述特定點(diǎn)為在標(biāo)準(zhǔn)工件面或棱邊上預(yù)先作標(biāo)記的點(diǎn)，至少包括三個(gè)不共線的點(diǎn)；

機(jī)器人帶動(dòng)單線結(jié)構(gòu)光傳感器在多個(gè)不同測(cè)試位置對(duì)標(biāo)準(zhǔn)工件進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)試結(jié)果中至少包括三個(gè)不在同一直線上的棱邊上的點(diǎn)；測(cè)試前，標(biāo)定好各個(gè)測(cè)試位置輔助直線方程及測(cè)試點(diǎn)的三維坐標(biāo)，以此為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，同時(shí)將各測(cè)試位置單線結(jié)構(gòu)光傳感器的光平面方程轉(zhuǎn)換到空間坐標(biāo)系，并記錄；

各個(gè)測(cè)試位置所對(duì)應(yīng)的測(cè)試點(diǎn)、輔助直線通過(guò)以下方法獲得：在測(cè)試位置，單線結(jié)構(gòu)光光條在標(biāo)準(zhǔn)工件上的拐點(diǎn)為測(cè)試點(diǎn)；以測(cè)試點(diǎn)為基準(zhǔn)通過(guò)微調(diào)機(jī)器人位置獲取多個(gè)位于同條棱邊上的點(diǎn)，利用其與對(duì)應(yīng)測(cè)試點(diǎn)的三維坐標(biāo)擬合得到輔助直線；

S2、調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)工件的位置，使其呈現(xiàn)出其他工件放置時(shí)的位姿；

利用標(biāo)準(zhǔn)儀器再次獲取調(diào)整后的標(biāo)準(zhǔn)工件上特定點(diǎn)的三維坐標(biāo)Q’_j，利用剛體變換求解Q’_j和Q_j之間的旋轉(zhuǎn)平移矩陣RT’；

機(jī)器人按照預(yù)設(shè)路徑帶動(dòng)單線結(jié)構(gòu)光傳感器在不同測(cè)試位置獲取各測(cè)試點(diǎn)的三維坐標(biāo)，記為實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)；

基于標(biāo)定過(guò)程中記錄的各測(cè)試點(diǎn)的三維坐標(biāo)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中各測(cè)試點(diǎn)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)計(jì)算旋轉(zhuǎn)平移矩陣；以此為基礎(chǔ)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)中各條輔助直線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)平移，再將其與各自對(duì)應(yīng)的光平面方程的交點(diǎn)記入校準(zhǔn)點(diǎn)集；

以實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中各測(cè)試點(diǎn)的三維坐標(biāo)、對(duì)應(yīng)校準(zhǔn)點(diǎn)集中的交點(diǎn)之間的距離為目標(biāo)函數(shù)，利用最優(yōu)化方法迭代得出滿足收斂條件的最優(yōu)旋轉(zhuǎn)平移矩陣RT；

S3、對(duì)比RT和RT’，判斷兩者之間各旋轉(zhuǎn)、平移分量之間的差值是否小于預(yù)設(shè)值，若是，則得出的最優(yōu)旋轉(zhuǎn)平移矩陣RT滿足測(cè)量要求，若否，則其不能滿足測(cè)量要求。