[发明专利]一种基于结构光3D传感器的机器人定位系统和方法

权利要求书

1.一种基于结构光3D传感器的机器人定位系统，其特征是：所述系统由成像模块、光学模块、激光器、ARM模块、FPGA模块和通信模块组成；所述成像模块为设备的关键部件，负责扫描区域内的图像采集，所述光学模块为相应的光学透镜、滤光片和偏振片，通过光学透镜改变激光器和成像模块的角度；所述激光器为主动光源模块，所述ARM模块为数据处理器，对采集的光条信息数据进行处理，构建工件的轮廓信息；所述FPGA模块负责各个模块之间的任务调节和资源调度，所述通信模块为程序处理模块和外部执行器件的处理单元，包含各种常见主流通讯协仪；所述成像模块、光学模块、激光器、ARM模块、FPGA模块和通信模块通信连通。

2.根据权利要求1所述的基于结构光3D传感器的机器人定位系统，其特征是：所述系统根据三角测量原理，通过成像模块拍摄由激光器打在被测物体上的光条，生成被测物体的三维信息。

3.根据权利要求1所述的基于结构光3D传感器的机器人定位系统，其特征是：所述结构光3D传感器的数学模型为：结构光平面与相机光轴夹角为角α，取世界坐标系O_w-X_wY_wZ_w的原点O_w位于相机光轴与结构光平面的交点，X_w轴和Y_w轴分别与相机坐标系X_c轴和Y_c轴平行，Z_w与相机坐标系Z_c重合但方向相反；O_w与相机坐标原点O_c的距离为l；则世界坐标系与相机坐标系有如下关系：

取A点的像为A′，在世界坐标系中，视线OA′的方程为：

式中：X_wY_wZ_w为世界坐标系的某一点，X_cY_cZ_c为世界坐标系点到相机坐标系的映射，f为镜头焦距，l为世界坐标第原点与相机坐标系原点的距离；在世界坐标系中，结构光平面为：

图像中任意一个像素在两个坐标系下的坐标采用齐次坐标和矩阵形式表示，有如下关系：

式中：(u,v)是像素点在数字图像坐标系中以像素为单位的坐标；(u0,v0)为像素点在像平面二维坐标系的坐标点，(Sx，Sy)为像素点在x轴和y轴方向上的物理尺寸；

逆关系为：

得到像素点一世界坐标点之间的对应关系为：

。

4.一种权利要求1所述基于结构光3D传感器的机器人定位系统的定位方法，其特征是：机器人配合3D传感器完成，步骤如下：

⑴所述激光器在工件上扫描，通过成像模块和光学模块采集工件光条数据；

⑵计算光条中心建立点云数据；

⑶所述ARM模块根据点云数据重建工件的三维轮廓数据；

⑷提取相关信息；

⑸根据工艺内容，对提取的相关三维数据进行相应分析；

⑹根据分析结果通知机器人执行相应的操作，控制机器人执行操作。

5.根据权利要求3所述所述视觉的识别定位方法，其特征是：步骤⑷所述提取相关信息包括：工件重心、寻找边缘、平整度检测和尺寸测量。