[发明专利]一种大型水轮机在位机器人加工坐标系标定方法

权利要求书

1.一种大型水轮机在位机器人加工坐标系标定方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、将双目结构光视觉设备安装在机器人末端，并将一个标准球固定在工作台上；利用视觉设备拍摄标准球，提取球面点云，计算标准球的球心在相机坐标系下的坐标；

从机器人示教器上读取此时机器人法兰坐标系在机器人基坐标系下的位姿，并记录下来；

S2、多次变换机器人位姿，重复步骤S1，获取多组球心在相机坐标系下的坐标和机器人位姿，并计算手眼矩阵，完成手眼标定；

S3、在水轮机待加工工件四周固定其它标准球，利用完成手眼标定后的视觉设备拍摄其它标准球，获取包括标准球在内的工件点云；

根据手眼矩阵以及机器人位姿，将工件点云转换至机器人基座标系下；

S4、提取工件点云中标准球的球心坐标，计算相对于机器人基座标系下的工件坐标系；

步骤S1具体如下：

S11、将视觉设备安装在机器人末端，连接线缆；在视觉设备可测量范围内，将一个标准球固定在工作台上；

S12、采用视觉设备拍摄标准球，获取球面点云数据；

S13：基于球面点云数据采用最小二乘法拟合球心坐标P，并记录；同时，在机器人示教器上直接读取此时机器人法兰坐标系在机器人基坐标系下的位姿并记录；

步骤S2中手眼矩阵的求解，具体如下：

S21：变换机器人位姿N组，记录球面点云数据和机器人法兰坐标系在机器人基坐标系下的位姿；其中N＝4；

S22：球心P在机器人基坐标系下的坐标为P_b＝[x_b,y_b,z_b,1]，在双目结构光视觉相机坐标系下的坐标为P_i＝[x_i,y_i,z_i,1](i＝1,2,…n)，其中i为相机拍摄次数；

S23：机器人法兰坐标系在机器人基坐标系下的位姿矩阵为其中i为相机拍摄次数；可在每次拍摄时直接从机器人示教器中读取；

S24：设需求解的手眼矩阵为根据坐标变换关系可知标准球位置固定，P_b保持不变，建立方程，

根据式(1)采用最小二乘法求解手眼矩阵X；

步骤S3具体为：

S31：根据大型水轮机转轮的尺寸，将其划分成若干长度不超过l米，宽度不超过h米的加工区域，在每个加工区域四周随机粘贴M个标准球；其中M大于4，且任意两球心间距不小于d米；其中l、h、M、d均为根据实际情况的预设值；

S32：由视觉设备拍摄工件及标准球的点云数据是在相机坐标下P_c，拍摄点云时机器人末端法兰相对于基坐标系的位姿为T_r，根据步骤S24获取的手眼矩阵为X，进而计算机器人基坐标系下的点云数据为T_rXP_c。

2.如权利要求1所述的一种大型水轮机在位机器人加工坐标系标定方法，其特征在于：步骤S4具体如下：

S41、采用最小二乘法即可求得各标准球的球心在机器人基坐标系下的坐标，随机获取4个标准球，四个标准球球心坐标为C₁＝[x_c1,y_c1,z_c1]、C2＝[x_c2,y_c2,z_c2]、C3＝[x_c3,y_c3,z_c3]、C4＝[x_c4,y_c4,z_c4]；

S42、以C₁为工件坐标系原点，以C₁C₂连线为X轴，向量C₁C₂的方向为X轴正方向，得到X轴单位向量为

S43、以C₁C₂ C₃三点构成的平面为工件坐标系的XOY平面，C₄点在该平面上的投影点为以单位向量为Z轴正方向；

S44、根据右手法则，Y轴的单位向量j＝k×i.至此，完成工件坐标系建立和求解。