[發明專利]一種基于三維視覺的機械臂加工軌跡修正方法

在審

• 申請號: 202011137429.7
• 申請日: 2020-10-22
• 公開（公告）號: CN112223294A
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 孫煒;苑河南
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 南京蘇創專利代理事務所(普通合伙) 32273
• 代理人: 常曉慧

1.一種基于三維視覺的機械臂加工軌跡修正方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

(a)預設機器人工件加工的teach示教文件和掃描示教程序scan并保存，teach示教文件中保存了加工軌跡的示教點位，掃描示教程序scan需要對在傳感器測量范圍內對工件進行掃描以獲取點云數據；

(b)啟動掃描程序scan，三維傳感器開始采集點云數據，等待掃描結束，對點云數據進行坐標轉換，再對點云數據進行預處理，上位機保存預處理后的掃描數據到指定文件夾；若此次掃描為第一次掃描，則把該數據作為點云配準的模板文件，機械臂直接執行teach示教文件開始加工工件，機械臂根據teach中的示教點位控制機械臂沿著加工軌跡進行運動，執行結束后完成一次加工；

若本次掃描不是第一次掃描，執行掃描示教程序并保存數據后執行點云配準算法，將模板點云數據向本次掃描的點云數據做配準運算，計算得到工件在機器人坐標系下的齊次變換矩陣T_reg，用下式表示：

R為旋轉矩陣，T為平移矩陣；

(c)通過文件傳輸協議取回teach示教文件，解析示教文件并讀取示教點的位姿信息，每個示教點位姿信息包括偏移量X，Y，Z和ZYX歐拉角α、β、γ，其中α、β、γ分別對應著機器人末端執行器在機器人坐標系下繞Z軸、Y軸、X軸的旋轉角度，偏移量X，Y，Z配合ZYX歐拉角α，β，γ數據可以和齊次變換矩陣相互轉化，設轉換后的齊次變換矩陣為P_before，則T_before可以由下式計算：

對于示教文件中的每個示教點位，根據齊次變換矩陣T_reg重新計算得到新示教點位的齊次變換矩陣T_new，并轉換成偏移量X，Y，Z和ZYX歐拉角α，β，γ，將重新計算得到的示教點稱為修正示教點，T_new的計算可以用下式進行計算：

T_new＝T_reg*T_before

T_new矩陣展開寫出如下式所示：

將齊次變換矩陣T_new轉換為偏移量X，Y，Z和ZYX歐拉角α，β，γ通過下述方法進行轉換，其中偏移量X，Y，Z可以通過齊次變換矩陣直接讀取出，ZYX歐拉角α，β，γ可以通過下式計算得到：

α＝arctan 2(r₂₁/r₀₁)

γ＝arctan 2(r₃₂/r₃₃)

(d)根據teach文件的格式，將修正示教點寫入新的示教文件teach_plus，并通過文件傳輸協議傳輸到機器人控制器；

(e)機器人控制器執行teach_plus示教文件，并開始對工件進行加工。

2.根據權利要求1所述的一種基于三維視覺的機械臂加工軌跡修正方法，其特征在于，所述步驟b中，點云采集完成后對點云數據進行坐標變換，三維傳感器獲取的原始點云數據為傳感器坐標系下的，無法直接提供給機械臂使用，故應對點云數據中的每個點云數據進行坐標變換，變換關系可以通過下式(1)進行計算，其中，P_b表示點云數據在機器人基坐標下的數據，表示機器人基坐標系到機械臂末端的工具坐標系的齊次變換矩陣，表示機械臂末端的工具坐標系到傳感器坐標系的齊次變換矩陣，該矩陣可以通過傳感器和機械臂手眼標定進行獲取，P_s表示原始的點云數據；

3.根據權利要求1所述的一種基于三維視覺的機械臂加工軌跡修正方法，其特征在于，所述步驟b中對坐標變換后的點云數據進行預處理，預處理的方法包括點云濾波和點云降采樣，濾除原始點云數據中的離群點及異常點。