[发明专利]一种无须示教机器人系统的空间定位方法

摘要

本发明提出一种无须示教机器人系统的空间定位方法，首先使用高速精确的三维扫描仪获取被测物的大批点云数据并生成被测物的三维模型，然后进行噪点去除、面片特征预处理、特征点提取操作，最终获得工作目标点在摄像机坐标系下的坐标；然后，使用坐标变换算法将工作目标点在摄像机坐标系下的坐标转换为机器人世界坐标系下的坐标，以便机器人工作定位使用；最后根据得到的工作目标点在世界坐标系下的坐标，以及用户输入的控制参数控制机器人工作。本发明使整个操作更加自动化、集成化和高效化，在多示教点的短时多变场合应用非常有优势。

主权项

一种无须示教机器人系统的空间定位方法，其特征在于：采用以下步骤：步骤1：对被测物体进行扫描测量，获得被测物体点云数据，并对被测物体点云数据进行图像处理得到对应的CAD模型，在得到的CAD模型上获取被测物体上的孔特征集；步骤2：对步骤1获得的被测物体点云数据进行周边噪点去除，得到被测物体特征的全部点数据，再对步骤1获取的被测物体上的孔特征集之外的孔特征进行填补，最后将点云封装，得到被测物体特征面片；步骤3：对被测特征进行预处理：对步骤2得到的特征面片进行NURBS曲面拟合，并且增大拟合孔边界特征的三角面片的个数；在孔边界特征上选取点拟合孔特征，并建立该孔特征的轴线向量，得到机器人运动所需要的位置信息；将预处理后的特征模型导入CAD造型软件中，并采用CAD造型软件中的特征获取功能得到工作目标点在摄像机坐标系下的坐标；步骤4：将工作目标点在三维扫描仪中摄像机坐标系下的坐标转换为在机器人世界坐标系下的坐标；步骤4.1：工作目标点在摄像机坐标系下的坐标到工件坐标系中的坐标转换：(1)建立工件坐标系(O_WP,X_WP,Y_WP,Z_WP)：在标准坐标台上设定P_O、P_X和P_XY三个标定点，指定P_O为原点，P_X为工件坐标系X轴正向上一点，P_XY为XOY平面第一象限内一点，建立固定于标准坐标台的工件坐标系：三标定点在摄像机坐标系下(O_C，X_C，Y_C，Z_C)的向量坐标为：(2)建立摄像机坐标系(O_C,X_C,Y_C,Z_C)到工件坐标系(O_WP,X_WP,Y_WP,Z_WP)的齐次变换矩阵^CT_WP：旋转矩阵为3*3矩阵，平移矩阵为3*1矩阵：的三个分量为正交单位向量：为工件坐标系X轴的单位向量，由在摄像机坐标系下的单位向量表示：为工件坐标系Z轴的单位向量，由在摄像机坐标系下的单位向量表示：为工件坐标系Y轴的单位向量，由在摄像机坐标系下的单位向量表示：(3)工作目标点i在摄像机坐标系下的坐标到工件坐标系下的坐标C)-1×P→iC;]]>步骤4.2：工作目标点在标准坐标台上的坐标到机器人世界坐标系下的坐标变换：首先求取世界坐标系到工件坐标系的齐次变换矩阵^WT_WP，根据公式W)×P→iWP]]>得到工作目标点i在世界坐标系下的坐标步骤5：根据步骤4得到的工作目标点在世界坐标系下的坐标，以及用户输入的控制参数控制机器人工作。