[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

说明书

本发明公开一种大型水轮机在位机器人加工坐标系标定方法，方法包括以下步骤：将双目结构光视觉安装在机器人末端法兰上，固定标准球位置，采用结构光视觉采集不同机器人位姿状态下的标准球表面点云；通过采集的标准球表面点云计算手眼矩阵，完成手眼标定；根据大型水轮机转轮的尺寸，将其划分成若干长度不超过1.5m，宽度不超过1m的加工区域，在每个加工区域四周随机粘贴若干标准球，采用双目结构光视觉拍摄待加工区域及其周围的标准球，获取点云数据；基于获取的点云数据求解相对于机器人基坐标系下的工件坐标系。本发明有益效果是：实现了大型水轮机转轮在位机器人的视觉标定过程，便于机器人进行视觉定位，自动作业。

技术领域

本发明涉及视觉标定领域，尤其涉及一种大型水轮机在位机器人加工坐标系标定方法。

背景技术

全国已建或在建的大中型水电站有数百座，每个水电站有数台到数十台机组，我国平均每年有数十到数百台水轮机需要大修，大修的周期一般为几个月。

目前常用的维修方法是对磨蚀缺陷进行清根—焊接—人工打磨进行修复。但因转轮较大，存在人工打磨强度高，修复精度难以控制，一致性差等额问题，甚至加剧了转轮的磨蚀速度，破坏转轮的平衡，降低机组发电效率。另外水轮机转轮室内部空间狭小，打磨操作带来的粉尘严重影响工人的健康，长期在这样的工作环境中很容易患上职业病。因此，研发具有较高的修复精度和操作方便的大型水轮机转轮在位机器人加工系统迫在眉睫，具有重要意义。

在位机器人加工精度和效率保障的关键技术之一是如何准确快速地建立机器人与视觉、机器人与工件的相对位置关系，即手眼标定和工件坐标系标定。传统双目结构光视觉的手眼标定一般采用棋盘法，精度较低，难以满足水轮机转轮加工精度的要求，需研发一种更高精度的手眼标定方法。此外，由于转轮模型缺失且转轮室内部环境复杂，大型水轮机转轮在位加工是典型的非结构化环境，无法基于三维设计模型直接构建工件坐标系。同时，大型水轮机转轮尺寸大、且为自由曲面，难以采用传统四点法或其他示教方法标定工件坐标系。因此，开发一种具有较高精度、操作便捷的机器人手眼标定与工件坐标系标定方法，是实现大型水轮机转轮在位机器人加工应用的必由之路。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术在大型水轮机转轮在位机器人加工应用中存在的以上技术缺陷和改进需求，提出一种大型水轮机在位机器人加工坐标系标定方法。

本申请提供的一种大型水轮机在位机器人加工坐标系标定方法，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。

进一步地，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。