[发明专利]一种基于十字激光的管板智能焊接机器人自动平面校正方法

说明书

本发明公开的属于工业焊接技术领域，具体为一种基于十字激光的管板智能焊接机器人自动平面校正方法，包括传感器标定、系统手眼标定、光条中心提取与机器人姿态角度偏差计算多个步骤，本发明将十字激光直接投射到管板平面获取三维数据，不受管板平面摆放角度的影响，自由度更大，采用逐步迭代的逼近方式，也能够很好的保证校平的精度，大大的降低人工参与程度，本发明采用迭代式的校平方式，每次校平计算都采用基于最小二乘法的ICP迭代算法，并将计算结果转换成欧拉角方式，具有更高的计算精度，其校平精度角度误差在0.1度左右，并适合绝大多数机器人控制器使用，有很高的推广性。

技术领域

本发明涉及工业焊接技术领域，具体为一种基于十字激光的管板智能焊接机器人自动平面校正方法。

背景技术

工业机器人对准技术是工业机器人实现对接、装配、抓取、钻孔等功能的技术基础。实现工业机器人对准，通常采用两种办法：第一种是采用示教或离线编程的方式调节工业机器人末端执行器每次以固定的姿态到达同一个固定的位置，通过调节工件的位姿，与工业机器人末端执行器对准；第二种是给工业机器人末端安装位姿测量传感器，通过测量工件位置和姿态，调节工业机器人末端执行器的姿态并与工件对准。前者高度依靠机器人精度，对工件位置和姿态要求严格，存在累计误差，常用于喷漆、简单抓取等低精度的场合。后者通过调节工业机器人末端与工件对准，对工件位姿要求低，更加灵活实用。常见对工件位姿测量方法有陀螺仪导向、激光标靶导向和三维视觉测量。陀螺仪的测量精度受机械加工和装配、振动、累计误差等影响需要定期校准，稳定性差、测量精度低，常作为辅助测量。激光标靶导向法主要使用激光标靶和全站仪对工件的位姿测量，具有测量效率高、范围广、精度高等优点，但要联合全站仪，结构复杂，现有的靶标的加工精度和安装精度之间会影响到最终的计算精度。尤其是靶标的安装过程带来的安装误差对姿态的影响巨大，由于靶标图像由相机采集，靶标中圆孔中心的采集会受到环境中杂光的影响，对孔中心的定位带来误差，最终影响靶标姿态三维重建的精度，且由于靶标摆放是垂直于相机轴线的方向的时候是才能取得最佳的测量精度，当二者呈现一定角度的情况下，靶标开孔的厚度会引起一定的光线遮挡，从而引起圆心提取的误差，影响精度，因此，基于靶标的视觉测量技术，由于引入测量误差的因素较多，无法避免，最终测量结果会受到较大的影响，无法真正意义上实现精确的机器人末端姿态校平。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于十字激光的管板智能焊接机器人自动平面校正方法，以解决上述背景技术中提出的无法真正意义上实现精确的机器人末端姿态校平的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于十字激光的管板智能焊接机器人自动平面校正方法，包括以下步骤：

步骤1：传感器标定，十字激光三维测量传感器安装完成后，需要对相机内参进行标定，可以得到相机的内部参数矩阵和畸变参数，相机拍摄的图片还存在一定的畸变，畸变包括桶形畸变和枕形畸变，畸变模型包括径向畸变和切向畸变，径向畸变公式为切向畸变公式为分别为理想的无畸变的归一化的图像坐标、畸变后的归一化图像坐标，为图像像素点到图像中心点的距离，即r²＝x²+y²。相机标定的第二个目的就是获得相机的畸变参数，如上式中的k₁,k₂,k₃,p₁,p₂，进而对拍摄的图片进行去畸变处理，在相机进行标定的过程中，每一张棋盘格标定板采集重建后都会得到一个相机的外参矩阵：该矩阵代表标定板在相机坐标系下的相对位置关系，令相机内参矩阵为M，r_ii为R矩阵行列元素，(u_i,v_i)为光条中心点像素坐标，(X_w,Y_w,Z_w)为对应点的三维坐标，根据公式计算出十字激光点在相机坐标系下的三维坐标，在得到多张不同标定板图像中的激光条中心点三维坐标后利用最小二乘法拟合三维光平面，得到十字激光的两个光平面方程；