[發明專利]基于2D/3D視覺定位的機器人焊接裝配方法及系統

有效

• 申請號: 202011642530.8
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112743270B
• 公開（公告）日: 2023-08-04
• 發明（設計）人: 徐昭帆;吳東濤;周增慶
• 申請（專利權）人: 廣州中設機器人智能裝備股份有限公司
• 主分類號: B23K37/00
• 分類號: B23K37/00;B23K37/02;B25J9/16
• 代理公司: 廣州幫專高智知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 44674
• 代理人: 陸茵

1.一種基于2D/3D視覺定位的機器人焊接裝配方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，多視角掃描預先裝配好并且符合生產標準的目標物體，根據目標物體的多視角掃描數據確定目標物體的完整三維幾何信息，并映射、配準到機器人基坐標系下，得到該目標物體的三維點云模型A；

步驟2，掃描全部待裝配零部件，根據待裝配零部件的掃描數據確定各待裝配零部件的完整三維幾何信息，并映射、配準到機器人基坐標系下，得到各待裝配零部件的三維點云模型Bk；

步驟3，將各待裝配零部件的三維點云模型Bk中的各點云模型分別向目標物體的三維點云模型A進行點云配準，得到各點云模型的空間變換矩陣TR及配準結果Mi；

步驟4，根據配準結果Mi對零部件的焊接順序進行排序，并確定兩兩相鄰的零部件機器人焊接軌跡P；

步驟5，根據步驟4確定的焊接順序，依次控制機器人夾取對應順序的零部件，然后根據該零部件所對應的空間變換矩陣TR控制機器人將零部件移動至相應焊接位置進行焊接；

步驟6，獲取焊接區域的圖像信息并識別出焊點，然后根據所識別出的焊點控制打磨裝置對焊點進行打磨；

其中，步驟1中，根據目標物體的多視角掃描數據確定目標物體的完整三維幾何信息，并映射、配準到機器人基坐標系下，得到該目標物體的三維點云模型A的步驟包括：

步驟101，根據多視角掃描數據分別構建稀疏點云配準模型：

s.t.Rp_i+t-q_j*-z_i＝0

其中，zi表示配準殘差，p表示階數，Iy表示空間變換矩陣的求解，R為空間旋轉矩陣，t為空間平移向量，p_i表示目標物體中零部件點云中的點，q_j*表示目標點云A在源點云搜索得到的最近鄰點，p∈[0,1]；

步驟102，分別根據交替乘子法及ICP算法求解該稀疏點云配準模型，得到相應空間旋轉矩陣R和空間平移向量t；

步驟103，根據求解出的相應空間旋轉矩陣R和空間平移向量t，將目標物體上各零件依次映射、配準到機器人基坐標系下，最終得到該目標物體的三維點云模型A。

2.根據權利要求1所述基于2D/3D視覺定位的機器人焊接裝配方法，其特征在于，步驟3包括以下子步驟：

步驟301，基于ICP算法分別構建點云配準模型，并根據點云配準模型計算配準誤差E_k的最小值：

其中，R為空間旋轉矩陣，t為空間平移向量，p_i表示目標物體中零部件點云中的點，q_j*表示目標點云A在源點云搜索得到的最近鄰點；

步驟302，構建互協方差矩陣，并對該互協方差矩陣進行奇異值分解，得到單位四元數；然后根據相應單位四元數及各匹配點云的質心求解各待裝配零部件的旋轉矩陣Ri和平移向量ti；

步驟303，對零部件點云進行空間旋轉平移，返回步驟301配準模型再次計算配準誤差E_k+1，若E_k+1-E_k∈，其中∈為預設閾值,則輸出旋轉矩陣R和平移向量t，否則令E_k＝E_k+1，更新最近鄰匹配點對，返回步驟302；其中，該零部件的旋轉矩陣R＝R1×R2×…×R_n-1，平移向量t＝t1+t2+…+t_n-1，其中n為迭代次數。

3.根據權利要求1所述基于2D/3D視覺定位的機器人焊接裝配方法，其特征在于，步驟4包括以下子步驟：

步驟401，分別獲取各零部件點云的質心，并選取左上角的零部件定義其序號為k＝1，并將其質心存在數組C中；

步驟402，計算剩余質心與數組C中質心的最近鄰點及對應的歐式距離，將其中歐式距離最小的質心所對應零部件定義序號k＝k+1，并將其質心存入數組C中；

步驟403，獲取相鄰零部件點云的接觸邊緣，并結合B樣條插值確定序號為k的零部件與序號為k+1的零部件之間的焊接軌跡；然后返回步驟402，確定焊接后的零部件與下一相鄰零部件之間的焊接軌跡，直到剩余零部件數量為0。