[发明专利]一种面向陶瓷素坯加工制造的视觉引导机器人系统

说明书

本发明涉及一种面向陶瓷素坯加工制造的视觉引导机器人系统，包括机器人本体，机器人本体上设有多个模块，包括3D结构采集模块，通过结构光系统获取主坯和从坯的表面几何结构和定位信息的3D点云数据，并进行滤波处理和特征提取；点云特征处理和配准模块，将局部特征和全局特征进行划分得到工件点云集与目标点云集，进行配准得到相似特征配准点云对；差异点云对提取模块，根据特征差异提取差异点云对；点云分割模块，分割差异点云对，并记录分割点云集；视觉引导机器人模块，获取结构光系统与机器人本体之间的相对位置变换矩阵，根据分割点云集，计算得到点云数据的视觉信息。与现有技术相比，本发明具有提高陶瓷加工的加工效率和加工质量等优点。

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，尤其是涉及一种面向陶瓷素坯加工制造的视觉引导机器人系统。

背景技术

对于待加工零件，抛光打磨是一项重要的基础工序，然而传统的人工磨抛作业存在严重的缺陷，例如作业时间长、无法有效控制产品质量、长期在充满粉尘和噪声的恶劣作业环境中严重影响工人的身心健康。因此综合效率、质量和工人等方面考虑，采用自动化技术来进行智能磨抛。

机器视觉是一种非接触式的信息采集方式，可高效、高精度的获取受检测物体的外观信息，为机器人添加视觉系统，并采用合适的视觉模块和相关算法，能显著提高机器人的智能程度和运算效率。市面上已经出现基于机器视觉、多轴机器人、物联网等技术的智能制造模式，并且，随着高效、智能、经济的柔性精密加工工艺装备的需求越来越多，基于机器视觉的磨抛机器人的视觉引导系统具有广阔的应用前景。然而传统的通过示教机器人获得磨抛轨迹的编程方法效率低下，无法应对当下行业中大量柔性制造需求的现状。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种面向陶瓷素坯加工制造的视觉引导机器人系统，通过获取陶瓷素胚表面信息，提取匹配特征，并根据点云匹配算法技术得到主从坯之间的变换关系来控制机器人动作，提高陶瓷加工的加工效率和加工质量。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种面向陶瓷素坯加工制造的视觉引导机器人系统，包括机器人本体，所述机器人本体上设有多个模块，包括：

3D结构采集模块，通过结构光系统获取待加工工件和样本工件的主坯和从坯的表面几何结构和定位信息的3D点云数据，并进行滤波处理和特征提取；

点云特征处理和配准模块，将特征提取得到的局部特征和全局特征进行划分得到工件点云集与目标点云集，将工件点云集与目标点云集进行配准得到多个相似特征配准点云对；

差异点云对提取模块，根据特征差异从多个相似特征配准点云对中提取差异点云对；

点云分割模块，分割差异点云对，并记录分割点云集；

视觉引导机器人模块，获取结构光系统与机器人本体之间的相对位置变换矩阵，根据分割点云集，计算得到基于主坯和从坯的3D点云数据的视觉信息，机器人本体根据所述视觉信息进行抓取，完成对陶瓷素坯的加工。

所述结构光系统包括投影仪和2D相机，所述投影仪投射特定的光信息到待加工工件的表面后及背景后，所述2D相机采集并根据光信号的变化来计算待加工工件的位置和深度，进而复原待加工工件所在的三维空间。

所述滤波处理具体为下采样处理，通过下采样处理降低图像显示数据大小、减少后端运算量、生成对应图像的缩略图。

进一步地，所述下采样处理采用体素栅格滤波，通过建立三维体素栅格，在每个体素内用体素中所有点的重心来近似显示体素中其他点。

所述3D结构采集模块中提取的特征具体为以曲率变化明显的位置点或定位精度较高的孔柱为代表的局部特征和外观几何形状规则的全局特征，建立描述性明显、鲁棒性强的特征描述子。

所述点云特征处理和配准模块采用的配准方法包括粗配准和精配准。