[發明專利]一種大型水輪機在位機器人加工坐標系標定方法

有效

• 申請號: 202210343534.9
• 申請日: 2022-04-02
• 公開（公告）號: CN114700943B
• 公開（公告）日: 2023-07-07
• 發明（設計）人: 彭芳瑜;楊岑岑;周林;嚴靖南;吳濤;徐進;鄧犇;劉輝
• 申請（專利權）人: 武漢數字化設計與制造創新中心有限公司;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: 武漢知產時代知識產權代理有限公司 42238
• 代理人: 郝明琴

本發明公開一種大型水輪機在位機器人加工坐標系標定方法，方法包括以下步驟：將雙目結構光視覺安裝在機器人末端法蘭上，固定標準球位置，采用結構光視覺采集不同機器人位姿狀態下的標準球表面點云；通過采集的標準球表面點云計算手眼矩陣，完成手眼標定；根據大型水輪機轉輪的尺寸，將其劃分成若干長度不超過1.5m，寬度不超過1m的加工區域，在每個加工區域四周隨機粘貼若干標準球，采用雙目結構光視覺拍攝待加工區域及其周圍的標準球，獲取點云數據；基于獲取的點云數據求解相對于機器人基坐標系下的工件坐標系。本發明有益效果是：實現了大型水輪機轉輪在位機器人的視覺標定過程，便于機器人進行視覺定位，自動作業。

技術領域

本發明涉及視覺標定領域，尤其涉及一種大型水輪機在位機器人加工坐標系標定方法。

背景技術

全國已建或在建的大中型水電站有數百座，每個水電站有數臺到數十臺機組，我國平均每年有數十到數百臺水輪機需要大修，大修的周期一般為幾個月。

目前常用的維修方法是對磨蝕缺陷進行清根—焊接—人工打磨進行修復。但因轉輪較大，存在人工打磨強度高，修復精度難以控制，一致性差等額問題，甚至加劇了轉輪的磨蝕速度，破壞轉輪的平衡，降低機組發電效率。另外水輪機轉輪室內部空間狹小，打磨操作帶來的粉塵嚴重影響工人的健康，長期在這樣的工作環境中很容易患上職業病。因此，研發具有較高的修復精度和操作方便的大型水輪機轉輪在位機器人加工系統迫在眉睫，具有重要意義。

在位機器人加工精度和效率保障的關鍵技術之一是如何準確快速地建立機器人與視覺、機器人與工件的相對位置關系，即手眼標定和工件坐標系標定。傳統雙目結構光視覺的手眼標定一般采用棋盤法，精度較低，難以滿足水輪機轉輪加工精度的要求，需研發一種更高精度的手眼標定方法。此外，由于轉輪模型缺失且轉輪室內部環境復雜，大型水輪機轉輪在位加工是典型的非結構化環境，無法基于三維設計模型直接構建工件坐標系。同時，大型水輪機轉輪尺寸大、且為自由曲面，難以采用傳統四點法或其他示教方法標定工件坐標系。因此，開發一種具有較高精度、操作便捷的機器人手眼標定與工件坐標系標定方法，是實現大型水輪機轉輪在位機器人加工應用的必由之路。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術在大型水輪機轉輪在位機器人加工應用中存在的以上技術缺陷和改進需求，提出一種大型水輪機在位機器人加工坐標系標定方法。

本申請提供的一種大型水輪機在位機器人加工坐標系標定方法，包括以下步驟：

S1、將雙目結構光視覺設備安裝在機器人末端，并將一個標準球固定在工作臺上；利用視覺設備拍攝標準球，提取球面點云，計算標準球的球心在相機坐標系下的坐標；

從機器人示教器上讀取此時機器人法蘭坐標系在機器人基坐標系下的位姿，并記錄下來；

S2、多次變換機器人位姿，重復步驟S1，獲取多組球心在相機坐標系下的坐標和機器人位姿，并計算手眼矩陣，完成手眼標定；

S3、在水輪機待加工工件四周固定其它標準球，利用完成手眼標定后的視覺設備拍攝其它標準球，獲取包括標準球在內的工件點云；

根據手眼矩陣以及機器人位姿，將工件點云轉換至機器人基座標系下；

S4、提取工件點云中標準球的球心坐標，計算相對于機器人基座標系下的工件坐標系。

進一步地，步驟S1具體如下：

S11、將視覺設備安裝在機器人末端，連接線纜；在視覺設備可測量范圍內，將一個標準球固定在工作臺上；

S12、采用視覺設備拍攝標準球，獲取球面點云數據；

S13：基于球面點云數據采用最小二乘法擬合球心坐標P，并記錄；同時，在機器人示教器上直接讀取此時機器人法蘭坐標系在機器人基坐標系下的位姿并記錄。