[发明专利]一种用于机器人钻孔中优化钻头位姿的方法

说明书

本发明提出一种用于机器人钻孔中优化钻头位姿的方法，属于机器人钻孔作业中优化调整钻头位姿的领域。该方法首先搭建基于条纹投影法和视觉伺服控制的机器人钻孔系统并进行系统参数标定，然后进行机器人钻孔作业的离线规划得到一系列路径点；在每个路径点，计算钻头在该路径点期望位姿下的相位图，设计视觉特征并推导交互矩阵和视觉伺服控制律；最后利用视觉伺服控制律对离线规划的每个路径点的钻头位姿进行优化，直到每个路径点的视觉伺服收敛完成，以提高钻头轴线与待钻孔点处的切面的垂直度，进而提高钻孔质量和表面平整度。本发明结合条纹投影轮廓测量法测量精度高和视觉伺服控制精度高的优点，能有效优化实际机器人钻孔作业中钻头的位姿。

技术领域

本发明属于机器人钻孔中优化调整钻头位姿的领域，尤其涉及一种用于机器人钻孔中优化钻头位姿的方法。

背景技术

钻孔是指在实体材料上加工出孔的手段。钻孔主要用来加工用于铆钉、螺钉螺母连接的孔，因此孔的质量和表面平整度对于连接的稳定性至关重要。传统的钻孔主要依赖钻床来保证孔的质量和表面平整度，而钻床钻孔需要夹持工件，而且无法处理复杂曲面的钻孔问题。为了解决这些问题，机器人钻孔技术应运而生。但机器人钻孔技术受限于离线规划中建模误差、工件变形、安装误差、工件与机器人坐标系标定误差以及机器人的绝对精度不高等缺点，难以保证钻孔时钻头轴线于钻孔点切面保持垂直。因此优化离线规划的钻头位姿，消除以上误差带来的影响，进而提高钻孔的质量和表面平整度就有了重要的技术意义。但当前尚没有一种通过测量钻孔位置局部三维形貌来调整机器人钻头位姿的方法，因此本领域尚属于空白。

发明内容

本发明的目的是针对机器人钻孔中离线规划的钻头位姿的精度受限于建模误差、工件变形、安装误差、工件与机器人坐标系标定误差以及机器人的绝对精度不高等缺点，提出一种用于机器人钻孔中优化钻头位姿的方法。本发明是结合条纹投影轮廓测量法的测量精度高，视觉伺服控制精度高的优点来优化离线规划的钻头位姿，提高钻头轴线与接触点的切面的垂直度，进而提高钻孔的质量和表面平整度。

本发明提出一种用于机器人钻孔中优化钻头位姿的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)搭建基于条纹投影法和视觉伺服控制的机器人钻孔系统；所述系统包括：机器人基座、机器人末端执行器、固定底座、钻孔装置、投影仪、相机和计算机；所述机器人基座固定在安装平台上，机器人末端执行器通过螺栓连接副连接固定底座，钻孔装置、投影仪和相机分别通过螺纹连接固定在固定底座上，使得待钻孔工件的待钻孔位置同时处在相机和投影仪的视野和景深范围以内；六自由度工业机器人、投影仪和相机分别连接计算机；

2)将待钻孔工件通过螺纹连接固定在光学平台上，将激光跟踪仪和机器人分别放置在待钻孔工件两侧设定距离处；分别构建各个坐标系如下：F_b表示机器人基座坐标系，F_e表示机器人末端执行器坐标系，F_p表示投影仪坐标系，F_c表示相机坐标系，F_d表示钻头坐标系，F_w表示待钻孔工件的工件坐标系，F_L表示激光跟踪仪坐标系；