[发明专利]一种激光视觉引导的焊接机器人全自动运动自标定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种机器人激光结构光视觉传感器及其标定方法，具体是指基于线激光结构光视觉传感器引导的焊接机器人手眼系统中手眼关系矩阵和传感器参数(包括相机内参数和线激光平面参数)的全自动运动自标定方法。

技术背景.

焊接作为材料加工的一种重要手段在工业生产中得到广泛应用。由于诸多因素的推动，如焊接质量的稳定性、应用的灵活性、操作的安全性及经济性等，焊接过程自动化、机器人化已成为趋势。焊接机器人在制造业技术改造、提高焊接质量、减少工人劳动强度、改善焊接劳动条件、保证焊接稳定性等方面显示了比较高的优越性。实现焊接自动化的关键问题是焊缝的自动跟踪，激光视觉引导的焊接机器人将焊缝图像识别与机器人运动控制技术结合，能够有效解决焊缝自动跟踪难题。采用激光结构光作为主动光视觉传感器已经成为当前焊接机器人视觉系统的主流。视觉系统标定是指对视觉传感器参数和传感器与机器人本体之间关系的求取。标定在视觉测量系统中是非常关键且重要的环节，其标定结果的精度及算法的稳定性与实时性，直接影响到工业生产过程中测量与跟踪的精度。

焊接机器人激光视觉系统需要进行三个方面的标定，包括相机标定、激光结构光参数标定和机器人手眼标定。相机标定就是根据一定的相机模型求取相机的内部参数和外部参数。Faugeras等的线性模型相机内外参数标定方法和Tsai的基于径向约束的两步法(two-stage)标定方法都采用立体靶标，而Zhang Z Y.采用平面靶标，在非线性相机模型下线性标定相机参数。Ma S.D不需要特定的标定靶标，通过相机在三维空间内作两组平移运动，也实现了相机参数的标定。线激光结构光参数标定就是标定激光器投射的激光平面的方程。其求取有若干方法，如R.Dewar提出的拉丝标定方法；D.Q.Huynh提出的交比不变性标定方法；陈天飞等提出的基于主动视觉的标定方法，无需靶标，通过控制机器人做特定运动即可实现激光结构光参数标定，具有较强的鲁棒性，实施方法简单，特征易提取，满足现场标定要求。焊接机器人常采用Eye-in-Hand模式，手眼标定就是要获得视觉系统与机器人末端坐标系之间的关系。常用的机器人手眼标定方法是利用已知标定参考物(标定物)，控制机器人在不同方位观察空间一个已知的标定参考物，从而推导手眼矩阵旋转和平移部分R和t；然而不使用靶标，通过控制机器人做特定运动实现手眼矩阵的标定可有效提高标定自动化、流程化。

发明内容

本发明的目的是克服现有标定技术中对靶标制作精度要求高，和对标定人员专业要求高的不足，提供一种基于线激光结构光视觉传感器引导的焊接机器人系统全自动自标定方法，标定过程无需人参与，全自动实现相机参数、激光结构光参数及手眼矩阵的标定。算法简单灵活、精度高、实时性强、可操作性强。

按照本发明提供的技术方案，所述激光结构光视觉传感器引导焊接机器人全自动标定方法如下：