[发明专利]间隙磁吸式曲面形貌检测机器人及曲面形貌测量方法

权利要求书

1.一种间隙磁吸式曲面形貌检测机器人，其特征在于：包括轮式移动平台、检测部件、控制系统三大部件，所述的移动平台包括底架(1)、万向轮(2)、第一电机(3)、第二电机(4)、第一转轴(51)、第二转轴(61)、第一驱动轮(5)、第二驱动轮(6)和永磁体(15)；所述的检测部件包括检测支架(7)、扫描架(8)、扫描旋转轴(9)、一字线激光器(10)、第三电机(11)、摄像机(13)、图像采集模块和角度传感器(14)；所述的控制系统包括电机驱动电路和控制器(12)；所述的万向轮固接在底架下；所述的第一电机和第二电机分别与底架固接；所述的第一转轴套设在底架中，所述的第一电机的输出轴与第一转轴相连并驱动后者转动；所述的第二转轴套设在底架中，所述的第二电机的输出轴与第二转轴相连并驱动后者转动；所述的第一驱动轮和第二驱动轮分别套固在第一转轴和第二转轴上，所述的第一转轴的中心线与第二转轴的中心线共线，所述的第一驱动轮、第二驱动轮和万向轮的中心连线呈等腰三角形，万向轮中心位于两个驱动轮中心连线的垂直平分线上；所述的检测支架与底架固接，所述的扫描架与检测支架固接；所述的扫描旋转轴套设在扫描架中，所述的扫描旋转轴的中心线与两个驱动轮的中心连线平行；所述的摄像机与检测支架固接；将同时相切于第一驱动轮的外边缘下方圆弧、第二驱动轮的外边缘下方圆弧和万向轮的外边缘下方圆弧的平面定义为S平面，则摄像机的光轴与S平面的夹角为-60°～+120°之间；所述的一字线激光器固接在扫描旋转轴上，所述的一字线激光器发射的激光平面与摄像机的光轴形成的夹角在15°～90°之间，所述的一字线激光器投射到待测工件表面的激光条纹在摄像机的视场范围内；所述的角度传感器安装在扫描架上检测扫描旋转轴的角度位置；所述的第三电机与扫描架固接，第三电机的输出轴与扫描旋转轴相连并驱动后者转动；所述的控制器采用带有相关接口电路的计算机、单片机、DSP或微控制器；所述的控制器与底架固接，所述的第一电机、第二电机、第三电机均通过电机驱动电路与控制器的信号输出端相连，所述的角度传感器与控制器的信号输入端相连；所述摄像机通过图像采集模块与控制器的信号输入端相连；所述的控制器可存储摄像机采集的图像并做图像处理和实时计算，所述的控制器可以通过电机驱动电路控制第一电机、第二电机实现机器人的运动，所述的控制器可以通过电机驱动电路控制第三电机实现扫描旋转轴的旋转运动；所述的永磁体与底架固接，所述的永磁体与待检测的导磁壁面之间存在一定气隙。

2.如权利要求1所述的间隙磁吸式曲面形貌检测机器人，其特征在于：所述的万向轮采用万向滚珠。

3.如权利要求1所述的间隙磁吸式曲面形貌检测机器人，其特征在于：还包括无线视频传输模块(16)、无线通讯模块和充电电池(17)；所述的无线视频传输模块与检测支架固接，所述的摄像机与无线视频传输模块相连；所述的无线通讯模块与底架固接并与控制器相连，所述的充电电池与底架固接，所述的充电电池给装置上的所有设备供电。

4.如权利要求1所述的间隙磁吸式曲面形貌检测机器人，其特征在于：还包括激光测距仪(109)，所述的激光测距仪与检测支架固接，所述的激光测距仪与控制器相连。

5.如权利要求1所述的间隙磁吸式曲面形貌检测机器人，其特征在于：所述的一字线激光器有多个，它们发出的一字线激光所在平面不相同并呈固定的夹角。

6.如权利要求1所述的间隙磁吸式曲面形貌检测机器人，其特征在于：还包括轭铁(151)，所述的永磁体通过轭铁与底架固接。

7.如权利要求1所述的间隙磁吸式曲面形貌检测机器人，其特征在于：所述的永磁体有多个，分别围绕在所述的第一驱动轮、第二驱动轮和万向轮的四周。

8.如权利要求1所述的间隙磁吸式曲面形貌检测机器人，其特征在于：还包括第一减速传动机构和第二减速传动机构，所述的第一电机和第二电机的输出轴分别通过第一减速传动机构和第二减速传动机构与第一转轴和第二转轴相连，所述的第一减速传动机构和第二减速传动机构是自锁的。

9.如权利要求1所述的间隙磁吸式曲面形貌检测机器人，其特征在于：还包括照明灯和保护罩，照明灯与检测支架固接，保护罩与底架固接。

10.一种采用用如权利要求书1所述机器人的曲面形貌测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

a)建立图像坐标系、摄像机坐标系和靶标坐标系；

b)通过摄像机内、外参数标定实验，得到摄像机的内参数矩阵和外参数矩阵，从而得到了图像坐标系与摄像机坐标系、摄像机坐标系与靶标坐标系之间的坐标变换关系；

c)所述的一字线激光器发出的激光所在平面称为激光平面，通过标定实验得到所述的激光平面于初始位置时在摄像机坐标系下的平面方程；

d)所述的一字线激光器旋转所绕的轴称为转轴，通过标定实验得到旋转轴所在直线的直线方程；

e)第三电机驱动旋转轴转动到待测角度位置，角度传感器测得该角度值，根据角度值和旋转前初始位置时的激光平面的平面方程，计算出各激光平面在旋转后的新平面方程；

f)多个一字线激光器投射激光与待检测曲面相交，形成多道激光条纹，摄像机拍摄得到含条纹的物体图像；

g)通过图像处理得到条纹特征点的二维图像坐标；结合结构光平面的平面方程，计算图像中全部激光条纹的所有条纹特征点对应的物点在摄像机坐标系下的坐标；

h)第三电机驱动扫描旋转轴转动到其他角度位置，多条激光条纹分别同时扫描所分配的物体表面区域，重复步骤e)、f)、g)步骤，得到摄像机所观察到并能被激光条纹投射到的物体表面所有点在摄像机坐标系下的坐标值，完成测量。