【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及定位校準的，尤其涉及一種水刀機器人自主作業三維檢測與定位校準方法及系統。
技術介紹
1、目前，移動式排爆機器人因其具有遠程、安全、靈活等特點，受到廣泛重視。排爆機器人可以替代排爆人員進入危險區域對爆炸裝置或武器實施偵察、轉移、拆解和銷毀等作業。由于排爆作業對象及環境的特殊性，屬于冷切割方法的水切割（又稱水刀）因其不產生熱變形或熱效應，無論是高硬度材料如玻璃、陶瓷、金屬等，還是柔軟材料如皮革、橡膠、布料等，都具有良好的切割效果，因而針對遮蔽物、容器、易爆等目標對象的作業，具有很好的應用前景。
2、將水刀安裝于機器人，尤其多軸機械臂機器人，是實現柔性作業的主要方式之一。其作業過程中的目標檢測與作業定位模式主要有：（1）目標對象置于固定工裝，水刀按照預設軌跡直接進行作業，參考專利cn112809834a“一種造紙用高壓水刀切割裝置”；（2）采用外部固定視覺攝像頭或線激光掃描檢測來定位目標，水刀根據預先校準工裝定位與目標檢測位置進行作業；參考專利tw202236984a“智能自動化切割分分選系統”；（3）機械臂末端安裝視覺攝像頭和（或）線激光掃描進行目標的檢測與定位，即手眼一體的水刀機器人，檢索尚未有將此方案用于高精度多軸機械臂水切割，但在其他方面有，如專利cn118386236a“基于線激光掃描與立體視覺結合的免示教機器人自主焊接打磨方法”。
3、作為一種非接觸式的測量技術，線激光傳感器可以快速地獲取被測物體表面的輪廓信息，具有效率高、抗干擾能力強、精度高等特點，目前已廣泛地應用在各工程領域中。但
4、為了得到被測物體在機器人基坐標系下的三維數據，需要對機器人末端坐標系與線激光傳感器坐標系之間的關系進行標定，即手眼標定。目前針對線激光掃描機器人的手眼標定方法主要有以下方法：基于標定球的定點變位姿法，該方法對線激光與標定球的相交位置有要求，由于標準球不同位置的相交圓半徑不同，獲得的數據受限，影響圓擬合的精度，使得標定操作困難；激光平面標定法，該方法增加了標定復雜度，對于出廠已進行過內參預標定的線激光傳感器并無必要；借助高精度外部設備對線激光輪廓傳感器與機器人進行手眼標定的方法，如三坐標測量儀和激光跟蹤儀等，該方法具有成本高、操作不便等缺點。針對以上問題，需要一種操作簡單、適用性強、精度高以及求解成功率高的手眼標定方法。
5、針對這類面向手眼一體的線激光標定校準，相關專利提出了部分解決方法，如專利cn118386236a“基于線激光掃描與立體視覺結合的免示教機器人自主焊接打磨方法”，公開了一種立體視覺與線結構光掃描視覺結合的方式，解決現有技術中無法兼顧范圍和精度的雙重要求。基于立體相機采集點云求解工件上焊接或打磨部位位姿，并根據點云位置信息與眼在手外標定規劃機器人末端位姿，完成大范圍定位：免示教機器人在大范圍定位下計算得到的焊接或打磨位姿，規劃路徑對識別位置進行針對性高精度掃描；對高精度掃描采集得到數據提取光條中心的亞像素位置，對焊接或打磨位置特征點提取，得到高精度路徑；免示教機器人在獲取得到的高精度路徑下沿路徑對焊縫進行焊接或打磨。
6、專利cn115078384a“一種石材大板表面凹坑和裂縫的快速檢測裝置”公開了一種三維線激光掃描儀與圖像結合的方法進行石材大板表面凹坑和裂縫的快速檢測裝置，通過輸送機構輸送石材大板，圖像采集機構采集石材大板的圖像；三維線激光掃描儀用于采集凹坑和裂縫的三維點云數據進行預處理和三維重建得到凹坑和裂縫的三維形貌；機械臂驅動三維線激光掃描儀移動；主控裝置與輸送機構、圖像采集機構、三維線激光掃描儀和機械臂相連，用于對采集的圖像進行處理得到凹坑和裂縫周圍的顏色及其在石材大板上的位置和形狀，根據位置控制機械臂驅動三維線激光掃描儀移動以獲取凹坑和裂縫的三維形貌進行最小包圍盒計算，并且對凹坑和裂縫進行容積估算。
7、專利cn108444383a“基于視覺激光組合式的加工過程一體化測量方法”，采用左右相機通過視覺伺服的方式實現機械臂的末端測量裝置位姿的在線導引，使待測零件的局部特征處于激光掃描儀的測量范圍內，利用激光掃描儀對局部特征進行高精度測量，用激光跟蹤儀對末端測量裝置進行跟蹤定位；調整末端測量裝置的位姿對待測零件進行分區域多次測量，將多次測量的局部激光掃描數據統一到基于激光跟蹤儀建立的全局坐標系下。該方法有效解決了大空間范圍內高精度加工過程一體化測量問題，具有測量精度高、范圍廣和高魯棒性的特點，實現大空間、跨尺度、高精度的加工過程一體化測量。
8、專利cn115289999a“一種三維激光掃描系統的自校準方法”，針對三維激光掃描裝置剛搭建好時，由于其中的旋轉結構和掃描探頭部位存在安裝誤差，掃描精度較低的問題，以及缺乏統一的檢定標準及規范，常規的標準模板法需借助額外的已校準好測量儀器，例如全站儀等，流程相對繁瑣；借助一邊長已知的方塊作為標定物，在掃描方塊得到的點云中，建立方塊頂點之間的測量距離與待校準參數的關系，通過優化算法來找到一組合適的校準參數，使得方塊頂點測量距離與方塊實際邊長最接近。由于不借助額外測量儀器，避免其他測量儀器本身的測量誤差、標靶加工及安裝帶來的累計誤差，提高了校準效率及掃描精度。
9、專利cn108151667a“一種多線激光輪廓掃描傳感器全局校準方法”，使用基于三維標靶的校準方法，對空間分布且無共同視場的線掃描傳感器實現一次性快速全局校準，不需要將標靶擺放多次，相比于傳統的一維標靶和二維標靶，校準效率提高60％70％，另外校準用算法與標靶的位置和尺寸公差無關，只與標靶特征面的平面度相關，大大降低了三維標靶的加工難度，在保證校準效率和高精度的情況下降低了三維標靶的造價。
10、專利cn113681559a“一種基于標準圓柱的線激光掃描機器人手眼標定方法”將線激光傳感器搭載在機器人末端并在機器人工作空間中放置一塊標準圓柱；通過改變掃描機器人末端位姿，獲得線激光傳感器在不同機器人位姿下的圓柱側面掃描數據；由于激光平面與圓柱側面相交得到橢圓截面，利用ransac算法得到橢圓截面中心點坐標；利用橢圓輪廓的中心點到圓柱中軸線的距離建立約束優化方程；利用粒子群算法和廣義乘子法的融合算法求解約束優化問題，同時得到手眼標定的旋轉平移矩陣。該專利技術只需要一塊標準的圓柱體，標定過程簡單、易操作，標定結果不受標定物位置和標定參數初始值的影響，標定精度高，通用性強。
11、但是，上述檢索到的公開的相關專利及文獻資料等為解決目前機器人手眼系統難以兼顧范圍和精度的雙重要求難題，采用多種圖像視覺與線結構光掃描視覺結合的方式，借助外部高精度定位儀器或專利技術的方形、圓柱、三維等標定靶標進行通常的手眼標定，取得了一定效果，但存在若干不足之處。
12、其一本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種水刀機器人自主作業三維檢測與定位校準方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的水刀機器人自主作業三維檢測與定位校準方法，其特征在于，在步驟S1中，手動控制機械臂末端進行所述粗掃描，尋找所述校準靶標，使得所述校準靶標的位置和距離處于所述線激光掃描儀的有效工作范圍內，具體為：
3.根據權利要求2所述的水刀機器人自主作業三維檢測與定位校準方法，其特征在于，在步驟S2中，進行所述線激光掃描儀的精掃路徑規劃，確定所述線激光掃描儀掃描方向X和Y，具體為：
4.根據權利要求2所述的水刀機器人自主作業三維檢測與定位校準方法，其特征在于，在步驟S3中，所述線激光掃描儀分別沿X和Y方向進行多次掃描，掃描得到所述校準靶標的多個所述點云數據，具體為：
5.根據權利要求2所述的水刀機器人自主作業三維檢測與定位校準方法，其特征在于，在步驟S4中，記錄并處理所述點云數據，剔除多余的所述點云數據，保留所述校準靶標的所述點云數據，具體為：
6.根據權利要求2所述的水刀機器人自主作業三維檢測與定位校準方法，其特征在于，在步驟S5中，
7.根據權利要求6所述的水刀機器人自主作業三維檢測與定位校準方法，其特征在于，在步驟S6中，手動控制水刀末端校準，對水刀刀頭末端的空間偏移量校正，具體為：
8.根據權利要求7所述的水刀機器人自主作業三維檢測與定位校準方法，其特征在于，在步驟S7中，對正常作業時獲取到的所述點云數據進行濾波處理，從而獲得全局誤差補償，具體為：
9.根據權利要求2所述的水刀機器人自主作業三維檢測與定位校準方法，其特征在于，在步驟S8中，對所述作業目標進行動態定位校正，具體為：
10.一種用于執行如權利要求1-9任意一項所述的水刀機器人自主作業三維檢測與定位校準方法的水刀機器人自主作業三維檢測與定位校準系統，其特征在于，包括：
...【技術特征摘要】
1.一種水刀機器人自主作業三維檢測與定位校準方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的水刀機器人自主作業三維檢測與定位校準方法，其特征在于，在步驟s1中，手動控制機械臂末端進行所述粗掃描，尋找所述校準靶標，使得所述校準靶標的位置和距離處于所述線激光掃描儀的有效工作范圍內，具體為：
3.根據權利要求2所述的水刀機器人自主作業三維檢測與定位校準方法，其特征在于，在步驟s2中，進行所述線激光掃描儀的精掃路徑規劃，確定所述線激光掃描儀掃描方向x和y，具體為：
4.根據權利要求2所述的水刀機器人自主作業三維檢測與定位校準方法，其特征在于，在步驟s3中，所述線激光掃描儀分別沿x和y方向進行多次掃描，掃描得到所述校準靶標的多個所述點云數據，具體為：
5.根據權利要求2所述的水刀機器人自主作業三維檢測與定位校準方法，其特征在于，在步驟s4中，記錄并處理所述點云數據，剔除多余的所述點云數據，保留所述校準...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張仕進，吳逾強，陳明，曾繼躍，杜二寶，
申請(專利權)人：西北工業大學太倉長三角研究院，
類型：發明
國別省市：
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