[发明专利]一种具有三维视觉的机器人打磨系统及其控制方法

说明书

本发明公开了一种具有三维视觉的机器人打磨系统及其控制方法，该系统包括工件固定装置、打磨机器人、光学器件、气动打磨设备及电源与控制装置；控制方法为：打磨机器人带动光学器件对曲面工件进行水平扫描；将3D相机采集到的激光图像传输给电源与控制装置中的控制装置；控制装置通过对3D相机得到的图像利用相应函数进行三维点云处理，并进行初步的滤波去噪；利用点云分割和切片算法将得到的三维点云进行进一步处理；将处理结果按照规则解析发送到控制装置，驱动机器人以正确的姿态对曲面工件进行整体打磨作业。本发明主要用于曲面结构制造领域的自动化打磨，通过提高工业打磨领域的自动化程度，提高了生产效率和生产质量。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种具有三维视觉的机器人打磨系统及其控制方法。

背景技术

传统的曲面结构工件打磨以其加工难度高、自动化程度低、耗时长、成本高、粉尘大等特点，通常是船舶、汽车、航空航天等领域制造过程中的难点。尤其是异形曲面、多曲率曲面、非有理曲面(如涡轮叶片、船体、机壳)生产打磨过程控制更加困难，常依据经验进行主观检验，因此一次加工合格率低且打磨过程普遍存在诸多缺点，包括：(1)因打磨现场的工作环境恶劣，火花与粉尘对人体伤害使从业者减少；(2)随经济发展，工人的工资与材料费用增加，使成本提升；(3)工作时工人依照经验判断是否加工完成，因此加工质量无法保证；(4)因工人无法长时间集中去做重复性工作，导致工作效率低，工作连续性无法保持稳定。

由于工业机器人具有控制性好、定位精度高、通用性强等优点，配合三维视觉设备及相应的控制方法可以实现较高的智能化，故具有三维视觉的机器人打磨系统可以实现复杂形状工件打磨加工过程全自动化，缩短加工时间，提高产品加工效率与加工质量，为代替人工打磨提供了一种有效的解决方案。

国内有一部分人针对机器人自动化打磨系统进行了研究并取得了一定的成果，但绝大多数仍处于理想环境下，没有实际推广于工件打磨的工业机器人现场，其主要存在以下问题：(1)无法适用于多品种、小批量、非标准的打磨工件生产任务；(2)光学器件受外界光线影响严重，无法应用于粗犷的工业打磨现场；(3)打磨设备昂贵、维护成本高昂，当前自动化打磨设备大多以专用设备形式出现，设备研发和生产成本居高不下，产品面向对象单一，很难满足不同的打磨需求。

发明内容

本发明的目的在于针对以上所述存在的问题和缺陷，提供一种具有三维视觉的机器人打磨系统及控制方法，以提高工业打磨领域的自动化程度，从而提高生产效率和生产质量。

实现本发明目的的技术方案为：

一种具有三维视觉的机器人打磨系统，包括工件固定装置、打磨机器人、光学器件、气动打磨设备及电源与控制装置，其中，

所述工件固定装置用于支撑及固定曲面工件；

所述光学器件和气动打磨设备与打磨机器人的末端连接，所述打磨机器人能够带动光学器件实现对曲面工件的非接触扫描操作，并且能够带动气动打磨设备实现对曲面工件表面的打磨；

所述光学器件包括3D相机、工业镜头、一字激光发生器、滤光片，所述3D相机能够采集所述一字激光发生器投射在曲面工件表面处的线激光的图像，通过电源与控制装置内的信号发生器产生一定频率的矩形波，利用矩形波产生的频率控制3D相机采集激光线的频率，并将采集到的线激光的图像通过叠加生成完整的曲面工件表面图像，滤光片负责滤除550nm波长以外的光波；

所述电源与控制装置用于实现打磨机器人、光学器件、气动打磨设备的供电及信息的控制。

进一步地，所述工件固定装置包括底部固定组件以及顶部调节组件，所述的底部固定组件包括底部固定板和固定于所述底部固定板上的四根底部支撑柱，所述底部固定板通过地脚螺栓固定于地面，所述的顶部调节组件包括顶部固定板和固定于所述顶部固定板上的多根不同长度的顶部支撑柱，顶部固定板的底面与底部支撑柱的顶面固定连接，每根顶部支撑柱头部加工为球面并涂有防滑树脂。