[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

本發明公開了一種基于三維視覺的機械臂加工軌跡修正方法，其包括以下步驟：S1.通過示教器編寫兩個示教程序，一個用于傳感器掃描獲取數據，另一個用于引導機器人沿著加工軌跡進行加工工作；S2.啟動掃描程序，若為第一次掃描，則直接執行加工示教程序，若非第一次掃描獲取點云數據并與模板點云數據進行配準，計算出兩個點云數據集的平移向量和旋轉矩陣；S3.利用S2計算的平移向量和旋轉矩陣對示教文件中的示教點位進行修正生成新的示教文件，并傳輸至機器人控制器；S4.機器人執行修正后的示教文件，完成加工。

技術領域

本發明屬于機械臂的工業應用領域，尤其涉及一種基于三維視覺的機械臂加工軌跡修正方法。

背景技術

隨著科技進步和傳感器精度的飛速發展，機器人的視覺感知能力已經成為衡量機器人智能化程度的重要指標。三維視覺的不斷進步使機器人的視覺感知能力越來越強，它具有非接觸、高精度、高效率等優點。傳統的工業機器人在進行重復的工作前，需要操作人員對機器人運動的路徑和軌跡進行點對點的編程，該方法較為直觀，但耗時耗力。此外，如果工件位置發生變化，需要對示教點進行重新校準，即使此位置變化較為微小不易被察覺(例如2～3mm)，該偏差仍會直接影響最終的產品加工質量，造成經濟上的損失。故本文提出工業機器人結合三維視覺的方法，使用激光掃描傳感器的手眼系統采集工件點云數據，通過點云配準算法計算剛體工件前后位姿變換的齊次變換矩陣，利用剛體的坐標變換修正示教點。

發明內容

發明目的：為解決現有技術中存在的問題，本發明提出了一種基于3D視覺的機械臂加工軌跡修正方法，本發明可以提高機械臂的自動化程度，減少生產中的殘次品的出現概率，減少因為工件位置微笑的變化而造成的經濟損失。

技術方案：為了實現上述的目的，本發明提出了一種基于三維視覺的機械臂加工軌跡修正方法，該方法包括以下步驟：

(a)通過示教器點對點編寫機器人工件加工的示教程序teach和掃描的示教程序scan并保存(示教程序名稱可以根據用戶需要自行修改)，示教程程序teach和scan由操作人員編寫，teach示教文件中保存了加工軌跡的示教點位，操作人員根據待加工工件的加工軌跡編寫示教程序；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；示教程序teach的點位為加工軌跡，掃描示教程序scan用于掃描加工軌跡獲取工件的點云數據，點云數據是計算機視覺領域常見的一種數據形式，可以通過三維視覺傳感器采集獲取，根據傳感器的不同每一個點包含有三維坐標，有些可能含有顏色信息或反射強度信息；

(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，由于人工放置工件無法做到和第一次加工時的位置完全一致，尤其一些大型工件，此時工件的位置會和第一次加工的位置不同，會與第一次產生了旋轉和平移的偏差，執行掃描示教程序則并保存數據后執行點云配準算法，將模板點云向本次掃描的點云做配準運算，計算得到工件在機器人坐標系下的齊次變換矩陣T_reg,齊次變換矩陣是描述坐標系平移變換和旋轉變換的矩陣，它的維度位4×4，由一個3×3的旋轉矩陣R和一個3×1的平移矩陣T組成，用T_4×4表示齊次變換矩陣，可以用下式表示：