[發(fā)明專利]一種基于3D點(diǎn)云的焊縫識(shí)別與機(jī)器人焊縫跟蹤方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210361871.0
• 申請(qǐng)日: 2022-04-07
• 公開（公告）號(hào): CN114571153B
• 公開（公告）日: 2023-10-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳海彬;薛坤斌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 福州大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T17/20
• 分類號(hào): G06T17/20;G05B19/042;B25J9/16;B23K37/00
• 代理公司: 福州元?jiǎng)?chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 郭東亮;蔡學(xué)俊

本發(fā)明提出一種基于3D點(diǎn)云的焊縫識(shí)別與機(jī)器人焊縫跟蹤方法，包括以下步驟：步驟S1、利用結(jié)構(gòu)光相機(jī)獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過手眼標(biāo)定將點(diǎn)云數(shù)據(jù)從相機(jī)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到相機(jī)坐標(biāo)系；步驟S2、對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行點(diǎn)云預(yù)處理，提取出焊件點(diǎn)云數(shù)據(jù)；步驟S3、焊縫識(shí)別，通過RANSAC算法擬合平面，KD?tree進(jìn)行最鄰域搜索，從焊件點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取焊縫點(diǎn)云數(shù)據(jù)；步驟S4、軌跡規(guī)劃，利用D?H參數(shù)法進(jìn)行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)建模，利用RANSAC擬合直線獲取整條焊縫的空間直線；根據(jù)直線插補(bǔ)算法在焊縫空間直線上插值取點(diǎn)，利用運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解求出各個(gè)插值點(diǎn)的位姿，將各個(gè)點(diǎn)的位姿信息發(fā)送給機(jī)器人，機(jī)器人根據(jù)各個(gè)點(diǎn)的位姿運(yùn)動(dòng)來完成焊縫跟蹤；本發(fā)明具有識(shí)別準(zhǔn)確，運(yùn)算速度快等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)器人焊接技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種基于3D點(diǎn)云的焊縫識(shí)別與機(jī)器人焊縫跟蹤方法。

背景技術(shù)

焊接機(jī)器人相比人工焊接而言具有焊接精度高、焊接質(zhì)量穩(wěn)定、焊接效率高的特點(diǎn)，伴隨著對(duì)從業(yè)人員要求的增加以及人工成本的增加，機(jī)器人代替人工進(jìn)行焊接已經(jīng)成為不可避免的趨勢(shì)。第三代智能焊接機(jī)器人可以通過傳感器檢測(cè)環(huán)境變化，尋找工件，根據(jù)不同策略調(diào)整機(jī)器人焊接的軌跡最大程度上提高焊接機(jī)器人的智能化程度。目前部分焊接機(jī)器人已經(jīng)配有觸覺系統(tǒng)等傳感器，其中搭配視覺傳感器的機(jī)器人是焊接機(jī)器人的重大研究方向之一，視覺系統(tǒng)可以自主識(shí)別焊縫根據(jù)焊縫信息自主調(diào)節(jié)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡，且具有焊接質(zhì)量穩(wěn)定，焊接效率高等優(yōu)勢(shì)，焊縫識(shí)別的核心內(nèi)容在于圖像識(shí)別算法，在復(fù)雜環(huán)境中準(zhǔn)確的識(shí)別工件并提取出焊縫成為最核心的問題。目前國內(nèi)工廠實(shí)際應(yīng)用的焊接機(jī)器人極少通過視覺傳感器，因此將視覺系統(tǒng)和焊接機(jī)器人相結(jié)合將是未來的發(fā)展趨勢(shì)。

目前針對(duì)視覺傳感器在焊接領(lǐng)域應(yīng)用的絕大多數(shù)都是利用二維圖像對(duì)焊縫進(jìn)行處理，此類方法無法得到圖像是深度信息，無法直接用于機(jī)器人焊接，采用結(jié)構(gòu)光相機(jī)獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)，點(diǎn)云數(shù)據(jù)包括工件表面的三維坐標(biāo)信息且精度更高，研究結(jié)構(gòu)光傳感器利用點(diǎn)云數(shù)據(jù)將之與焊接機(jī)器人相結(jié)合，應(yīng)用在焊接領(lǐng)域提高我國智能焊接機(jī)器人的發(fā)展是非常重要的研究方向。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種基于3D點(diǎn)云的焊縫識(shí)別與機(jī)器人焊縫跟蹤方法，涉及到針對(duì)角焊縫的焊縫檢測(cè)方法，可以實(shí)現(xiàn)高度精度的檢測(cè)，本發(fā)明針對(duì)角焊縫檢測(cè)時(shí)精度高，在焊接之前拍取工件的位置便可以獲取焊縫的信息，具有識(shí)別準(zhǔn)確，運(yùn)算速度快等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案：

一種基于3D點(diǎn)云的焊縫識(shí)別與機(jī)器人焊縫跟蹤方法具體包括以下步驟：

步驟S1,利用結(jié)構(gòu)光相機(jī)獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過手眼標(biāo)定將點(diǎn)云數(shù)據(jù)從相機(jī)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到相機(jī)坐標(biāo)系；

步驟S2,進(jìn)行點(diǎn)云預(yù)處理，通過直通濾波，體素濾波器，統(tǒng)計(jì)濾波，歐式聚類，從所有點(diǎn)云數(shù)據(jù)中提取出焊件點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

步驟S3焊縫識(shí)別，通過RANSAC算法擬合平面，KD-tree進(jìn)行最鄰域搜索獲取焊縫點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

步驟S4軌跡規(guī)劃，利用D-H參數(shù)法進(jìn)行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)建模，利用RANSAC擬合直線獲取整條焊縫的空間直線。根據(jù)直線插補(bǔ)算法在焊縫空間直線上插值取點(diǎn)，利用運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解求出各個(gè)插值點(diǎn)的位姿，將各個(gè)點(diǎn)的位姿信息發(fā)送給機(jī)器人，機(jī)器人根據(jù)各個(gè)點(diǎn)的位姿運(yùn)動(dòng)即可完成焊縫跟蹤。

優(yōu)選地，利用結(jié)構(gòu)光相機(jī)獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過手眼標(biāo)定將點(diǎn)云數(shù)據(jù)從相機(jī)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到相機(jī)坐標(biāo)系具體為：利用眼在手外的安裝方式，固定相機(jī)與機(jī)器人的位置，利用手眼標(biāo)定，將標(biāo)定板固定在機(jī)械臂上，相機(jī)拍多張機(jī)器人不同姿態(tài)下標(biāo)定板的照片，獲得相機(jī)坐標(biāo)系與機(jī)器人坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣即可轉(zhuǎn)換點(diǎn)云數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系。

優(yōu)先地，基于各個(gè)坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，根據(jù)如下關(guān)系式引入原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)Q₁,得到坐標(biāo)變換后點(diǎn)云數(shù)據(jù)Q₂：