[发明专利]基于三维视觉的机器人涂胶轨迹自动生产方法

权利要求书

1.一种基于三维视觉的机器人涂胶轨迹自动生产方法，其步骤如下：

步骤1.使用三维相机获取流水线上喷处理剂/胶水的操作位的待涂胶产品实时三维点云模型数据；

步骤2. 调试并设置三维图像处理的参数并根据设置的参数对三维点云模型数据进行噪声处理、点云裁剪和过滤不需要的点云数据；调整三维相机的曝光时间、置信度参数；

降噪: 通过统计学滤波，在规定邻域范围内去除邻域个数小于所设阈值的点方法去除噪声点云；

点云剪裁: 出于减少不必要环境物体的点云从而降低计算量和提升整体效率，将工作区域外的点云即其对应二维图像的内容去除；

过滤: 对于待涂胶产品轮廓形成的点云数据信息中包含的每个点的法向量信息，保留点的法向量与竖直向量的角度小于所设阈值的点，进一步减少点云量来降低计算量和提升整体效率；

步骤3.提取并计算所需的待涂胶产品轮廓数据Up,Un,Ut,Ur

其中，Up: 提取的待涂胶产品轮廓点的集合；Un: 对应待涂胶产品轮廓点的法向集合；Ut: 对应待涂胶产品轮廓点的切向集合；Ur: 对应待涂胶产品轮廓点的径向集合；

Up，Un，Ut，Ur分别对应点位和其对应法向、切向、径向的集合，均通过计算待涂胶产品的三维模型数据得到：

法向计算方法: 通过指定领域范围内的点或指定最近点数量来拟合平面，计算该拟合平面的平面法向量，该平面法向量即为该点的法向量；

切向计算方法: 通过拟合所求点及其指定领域范围内的点或指定最近点数量来拟合空间直线，该拟合空间直线在x,y,z方向的分量即为所求点的切向量；

径向计算方法: 将切向量投射至二维平面，二维平面中径向量与切向量垂直，重新投射至三维空间时，x,y分量与二维平面内相同，z分量设置为0；

集合内每个点的表示方式如下：

A(x_a, y_a,z_a)

其中Up中x_a为A点的空间坐标x值, y_a,为A点的空间坐标y值，z_a为A点的空间坐标z值；Un，Ut，Ur中x_a, y_a, z_a表示的是空间向量；

通过拟合空间曲线的方式来拟合涂胶轨迹点位数据集，然后根据实际产线需求制定喷处理剂/胶水的起喷方向/位置作为机器人运动轨迹中第一点并按顺时针/逆时针方向将其余点位进行排序；经过排序后的空间点位数据集即为初步的涂胶轨迹点位数据集；

步骤4. 根据该款待涂胶产品的涂胶工艺设置机器人姿态偏移

机器人姿态偏移量包括：Zoffset：空间Z方向的位置偏移量；AngleReal：沿待涂胶产品轮廓点切向方向旋转的角度旋转量；Roffset：沿待涂胶产品轮廓点径向的位置偏移量；TCP_COffsetReal：沿待涂胶产品轮廓点TCP的角度旋转量；

步骤5. 计算机器人实际所需的涂胶轨迹点位和姿态

步骤5.1由Un，Ut，Ur得到一个3ⅹ3的旋转矩阵frame:

frame = [ Ut_x, Ut_y, Ut_z]

[-Ur_x,-Ur_y,-Ur_z]

[-Un_x,-Un_y,-Un_z]

其中：Ut_x, Ut_y, Ut_z为对应待涂胶产品轮廓点的径向数据的x,y,z值；

Ur_x,Ur_y,Ur_z为对应待涂胶产品轮廓点的径向数据的x,y,z值；

Un_x,Un_y,Un_z为对应待涂胶产品轮廓点的法向数据的x,y,z值；

步骤5.2 将机器人初步涂胶轨迹点位信息在3ⅹ3旋转矩阵frame下进行矩阵的平移，平移方向为z轴负方向，平移距离为Zoffset，得到的新的轨迹点位集合Pt；

步骤5.3 将旋转矩阵frame绕z轴旋转180°后再绕x轴旋转AngleReal的角度得到新的旋转矩阵frame1；

步骤5.4 由旋转frame1和轨迹点位Pt得到空间点位在相机坐标系下的四元数PtOnCam:

PtOnCam = [frame₁₁, frame₁₂, frame₁₃,Pt_x]

[frame₁₁, frame₁₂, frame₁₃,Pt_y]

[frame₁₁, frame₁₂, frame₁₃,Pt_z]

[0, 0, 0, 1]

其中，[frame₁₁, frame₁₂, frame₁₃]，[frame₂₁, frame₂₂, frame₂₃]和 [frame₃₁,frame₃₂, frame₃₃]为旋转矩阵，[Pt_x,Pt_y, Pt_z]^T为平移矩阵；

步骤5.5将四元数PtOnCam转换至机器人标定的坐标系下得到四元数PtOnRef；

步骤5.6 将四元数PtOnRef转换到所使用的机器人的坐标系下以得到实际所需的涂胶轨迹点位的姿态a,b,c；

步骤5.7 最终机器人涂胶实际所需的涂胶轨迹点位信息为:

PosPt = [a +TCP_COffsetReal,b,c,PtOnCam₁₄, PtOnCam₂₄, PtOnCam₃₄]

其中：a,b,c值为机器人所需姿态的a,b,c值；PtOnCam₁₄, PtOnCam₂₄, PtOnCam₃₄对应步骤5.4中Pt_x,Pt_y, Pt_z，即机器人所需的空间坐标x,y,z；TCP_COffsetReal为机器人所需姿态a角度的补偿值。