[发明专利]一种基于线结构光感知的焊接机器人3D曲线焊缝自主示教方法

权利要求书

1.一种基于线结构光感知的焊接机器人3D曲线焊缝自主示教方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)确定扫描相关参数，并扫描生成焊件的有序点云模型；具体为：

(11)设置扫描的起始位姿、扫描间距、扫描方向和扫描次数；

(12)在当前扫描路径点触发线结构光传感器进行一次扫描，得到传感器坐标系下的扫描数据；

(13)将步骤(12)中得到的由传感器坐标系S表示的扫描数据变换到机器人基坐标系B中，变换关系为：

其中，^BP表示在机器人基坐标系B中表示的扫描数据，表示机器人法兰盘坐标系E到机器人基坐标系B的变换，表示传感器坐标系S到机器人法兰盘坐标系E的变换，^SP表示在传感器坐标系S中表示的扫描数据；

(14)若当前扫描路径点非最后一个扫描路径点，则移动到下一扫描路径点，并将该点作为当前扫描路径点，返回步骤(12)；若当前扫描路径点为最后一个扫描路径点，则进入步骤(15)；

(15)所有经坐标变换后的扫描数据组成焊件的有序点云模型；

(2)对焊件的有序点云模型进行预处理滤波；

(3)根据预处理后的有序点云模型，在焊缝横截面进行特征提取和定位，得到相应的焊缝点位姿坐标系，组成焊缝点位姿坐标系序列；

(4)根据焊缝点位姿坐标系序列结合焊接作业工艺参数要求形成焊枪位姿坐标系序列；

(5)根据焊枪位姿坐标系序列生成机器人焊接作业运动路径。

2.根据权利要求1所述的一种基于线结构光感知的焊接机器人3D曲线焊缝自主示教方法，其特征在于：步骤(2)具体为：

(21)设定快速近邻搜索k的值；

(22)将有序点云模型中的第一行点云作为当前行点云P，并且搜索点云P中的每一个点云p_i最近邻NN(p_i)，计算点p_i与它k个近邻p_ij的平均距离d_i如下式所示：

(23)计算点云P的平均距离u与标准差σ如下式所示：

其中，N表示点云P中点的个数；

(24)根据判断标准判断点p_i是否是离群点；

判断标准为：

p_x＝{p_i∈P|d_i≤(u-σ·m)||d_i≥(u+σ·m)}；

如果点p_i满足上式，则确定这一点p_i是离群点，反之则为内点；

其中，m为标准差倍数，p_x表示被判定为离群点的p_i；

(25)若这一点p_i是离群点，则将该点p_i移除；

(26)若当前行点云P不是有序点云模型的最后一行，则取有序点云模型的下一行，返回步骤(22)，直到搜索完有序点云模型的最后一行，得到预处理后的有序点云模型。

3.根据权利要求1所述的一种基于线结构光感知的焊接机器人3D曲线焊缝自主示教方法，其特征在于：步骤(3)中焊缝点提取包括以下步骤：

(31)设定RANSAC拟合的距离阈值t，迭代次数n；

(32)对滤波后的焊件有序点云模型的当前行点云P，进行RANSAC直线拟合，得到本次拟合的直线方程L1、内点、外点，将内点投影到L1上；

(33)对步骤(32)中得到的外点进行RANSAC直线拟合，得到本次拟合的直线方程L2、内点、外点，将内点投影到L2上；

(34)L1与L2的交点就是该焊缝横截面的焊缝点；

(35)判断当前行点云是否为有序点云模型的最后一行，若是，则进入步骤(36)；若否，则输入下一行点云作为当前行点云，返回步骤(32)执行；

(36)得到焊缝点序列。