[發(fā)明專利]一種大型水輪機(jī)在位機(jī)器人加工坐標(biāo)系標(biāo)定方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210343534.9
• 申請日: 2022-04-02
• 公開（公告）號: CN114700943B
• 公開（公告）日: 2023-07-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 彭芳瑜;楊岑岑;周林;嚴(yán)靖南;吳濤;徐進(jìn);鄧犇;劉輝
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造創(chuàng)新中心有限公司;中國長江電力股份有限公司
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 武漢知產(chǎn)時(shí)代知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42238
• 代理人: 郝明琴

1.一種大型水輪機(jī)在位機(jī)器人加工坐標(biāo)系標(biāo)定方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1、將雙目結(jié)構(gòu)光視覺設(shè)備安裝在機(jī)器人末端，并將一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球固定在工作臺上；利用視覺設(shè)備拍攝標(biāo)準(zhǔn)球，提取球面點(diǎn)云，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)球的球心在相機(jī)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；

從機(jī)器人示教器上讀取此時(shí)機(jī)器人法蘭坐標(biāo)系在機(jī)器人基坐標(biāo)系下的位姿，并記錄下來；

S2、多次變換機(jī)器人位姿，重復(fù)步驟S1，獲取多組球心在相機(jī)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)和機(jī)器人位姿，并計(jì)算手眼矩陣，完成手眼標(biāo)定；

S3、在水輪機(jī)待加工工件四周固定其它標(biāo)準(zhǔn)球，利用完成手眼標(biāo)定后的視覺設(shè)備拍攝其它標(biāo)準(zhǔn)球，獲取包括標(biāo)準(zhǔn)球在內(nèi)的工件點(diǎn)云；

根據(jù)手眼矩陣以及機(jī)器人位姿，將工件點(diǎn)云轉(zhuǎn)換至機(jī)器人基座標(biāo)系下；

S4、提取工件點(diǎn)云中標(biāo)準(zhǔn)球的球心坐標(biāo)，計(jì)算相對于機(jī)器人基座標(biāo)系下的工件坐標(biāo)系；

步驟S1具體如下：

S11、將視覺設(shè)備安裝在機(jī)器人末端，連接線纜；在視覺設(shè)備可測量范圍內(nèi)，將一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球固定在工作臺上；

S12、采用視覺設(shè)備拍攝標(biāo)準(zhǔn)球，獲取球面點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

S13：基于球面點(diǎn)云數(shù)據(jù)采用最小二乘法擬合球心坐標(biāo)P，并記錄；同時(shí)，在機(jī)器人示教器上直接讀取此時(shí)機(jī)器人法蘭坐標(biāo)系在機(jī)器人基坐標(biāo)系下的位姿并記錄；

步驟S2中手眼矩陣的求解，具體如下：

S21：變換機(jī)器人位姿N組，記錄球面點(diǎn)云數(shù)據(jù)和機(jī)器人法蘭坐標(biāo)系在機(jī)器人基坐標(biāo)系下的位姿；其中N＝4；

S22：球心P在機(jī)器人基坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為P_b＝[x_b,y_b,z_b,1]，在雙目結(jié)構(gòu)光視覺相機(jī)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為P_i＝[x_i,y_i,z_i,1](i＝1,2,…n)，其中i為相機(jī)拍攝次數(shù)；

S23：機(jī)器人法蘭坐標(biāo)系在機(jī)器人基坐標(biāo)系下的位姿矩陣為其中i為相機(jī)拍攝次數(shù)；可在每次拍攝時(shí)直接從機(jī)器人示教器中讀取；

S24：設(shè)需求解的手眼矩陣為根據(jù)坐標(biāo)變換關(guān)系可知標(biāo)準(zhǔn)球位置固定，P_b保持不變，建立方程，

根據(jù)式(1)采用最小二乘法求解手眼矩陣X；

步驟S3具體為：

S31：根據(jù)大型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的尺寸，將其劃分成若干長度不超過l米，寬度不超過h米的加工區(qū)域，在每個(gè)加工區(qū)域四周隨機(jī)粘貼M個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球；其中M大于4，且任意兩球心間距不小于d米；其中l(wèi)、h、M、d均為根據(jù)實(shí)際情況的預(yù)設(shè)值；

S32：由視覺設(shè)備拍攝工件及標(biāo)準(zhǔn)球的點(diǎn)云數(shù)據(jù)是在相機(jī)坐標(biāo)下P_c，拍攝點(diǎn)云時(shí)機(jī)器人末端法蘭相對于基坐標(biāo)系的位姿為T_r，根據(jù)步驟S24獲取的手眼矩陣為X，進(jìn)而計(jì)算機(jī)器人基坐標(biāo)系下的點(diǎn)云數(shù)據(jù)為T_rXP_c。

2.如權(quán)利要求1所述的一種大型水輪機(jī)在位機(jī)器人加工坐標(biāo)系標(biāo)定方法，其特征在于：步驟S4具體如下：

S41、采用最小二乘法即可求得各標(biāo)準(zhǔn)球的球心在機(jī)器人基坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，隨機(jī)獲取4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球，四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球球心坐標(biāo)為C₁＝[x_c1,y_c1,z_c1]、C2＝[x_c2,y_c2,z_c2]、C3＝[x_c3,y_c3,z_c3]、C4＝[x_c4,y_c4,z_c4]；

S42、以C₁為工件坐標(biāo)系原點(diǎn)，以C₁C₂連線為X軸，向量C₁C₂的方向?yàn)閄軸正方向，得到X軸單位向量為

S43、以C₁C₂?C₃三點(diǎn)構(gòu)成的平面為工件坐標(biāo)系的XOY平面，C₄點(diǎn)在該平面上的投影點(diǎn)為以單位向量為Z軸正方向；

S44、根據(jù)右手法則，Y軸的單位向量j＝k×i.至此，完成工件坐標(biāo)系建立和求解。