[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

摘要

本发明通过深入分析相机的成像原理、激光结构光测量原理和手眼系统工作原理，设计了一种简单灵活的激光结构光引导的焊接机器人系统的全自动标定方法，其中包括传感器参数标定(包括相机内参数和线激光平面参数方程标定)和手眼关系矩阵标定，并进行了工件偏移修正。该标定方法克服了传统内参标定、激光平面方程和手眼矩阵标定需要专业人员参与、标定步骤繁琐的缺点。该方法只需要4个给定位姿和机器人自动进行的6组平移运动，即可实现激光结构光引导的焊接机器人系统的全自动标定。该方法使得激光结构光引导焊接机器人系统的标定流程化、自动化，大大增加了系统标定的灵活性，对实际的视觉测量和三维跟踪具有重要意义，具有良好的实用性。

主权项

一种激光视觉引导的焊接机器人全自动运动自标定方法，其特征是，实现标定过程中无需人的参与，自动地进行平移和旋转运动，提高标定自动化、流程化；该标定算法使用工业现场常见的直角三角形标定物，将其放在工作视野内，实现三角形角点的快速定位，并自动匹配；深入分析手眼系统的数学模型，通过至少四次满足要求的自动运动，将内参数矩阵和手眼矩阵旋转部分作为一个整体求解，得到内参数矩阵和手眼矩阵的旋转部分；通过设定的自动运动算法，自动实现两组满足要求的平移运动，求解光平面法向量信息；最后通过给定的三个位姿，得到手眼矩阵平移部分和各特征点的深度值，求解特征点在机器人基坐标系的坐标信息，用于标定激光平面的深度信息；整个算法包括以下几个模块：内参数和手眼矩阵旋转部分标定模块，将标定物放置在机器人工作区域内，给定机器人一初始位姿T0，自动进行满足要求的四组平移运动，自动匹配特征点，计算FOE点；根据运动信息和FOE点标定内参数K和手眼矩阵旋转部分R；光平面法向量标定模块，给定机器人位姿T1、T2(T1、T2位姿不同)，自动进行平移运动，采集五幅带光条的图像，计算消隐点，进而得到光平面的法向量(a1，a2，a3)；手眼矩阵平移部分和光平面深度信息标定模块，给定机器人位姿T3(T3与T1、T2位姿不同)，T1、T2和T3三位姿特征点坐标，结合手眼关系，求解得到手眼矩阵的平移部分t和三个特征点在机器人基坐标系的坐标；取光条上一点，进行手眼关系变换，求解光平面深度信息，可得到光平面的方程；工件末端修正模块，完成激光视觉引导的焊接机器人系统的标定后，控制焊接工件在固定末端位姿下对标定物的特征点1精确点触，计算出工件末端点在机器人坐标下的坐标值，计算出工件在该位姿下的偏移值。