3D物体配准及其机器人轨迹生成方法和系统与流程

本专利属于机器视觉、智能制造和机器人。

背景技术：

1、机器人和相机两个坐标系的手眼标定是智能制造的核心环节。目前的手眼标定采用棋盘格作为标定模型和标定点配合机器人标定针，利用人眼观察标定针与棋盘格角点的接触情况，完成坐标的提取。由于人眼误差、标定模型为机械位置误差、标定点的图像采集误差以及机械臂的误差相互累计后，在3d相机坐标系为鞋生成的机器人坐标系下的机器人工作轨迹的误差通常会接近2mm。而在精度要求高的智能制造领域，目前的手眼标定方法已经无法满足要求。

2、发明专利内容

3、为了解决3d相机与机器人手眼标定的精度问题，一种制鞋3d机器视觉建模与机器人高精度标定系统，其关键在于，设计一个有多个面的鞋仿真标定模型s1，为每个面上设计特定的多个标定点以及与之吻合的机器人标定针s2，模型及其多个标定点可以保证机器人携带的工具针用同一个姿态精确接触到模型上的每一个标定点并获取坐标信息s4，用3d相机对模型的每个面标定点成像并采集每个标定点的3d坐标s3，计算3d相机和机器人对多个标定点采集的两组坐标得出3d相机坐标系和机器人坐标系的转换矩阵s5，从而完成高精度手眼标定，在3d相机坐标系对鞋建模生成机器人轨迹s6，机器人按轨迹对鞋加工s7。

4、本专利的优势十分明显，依据高精度机械设计标定针和标定点可以使标定精度接近0.2mm，设计的鞋仿真标定模型使机器人保持同一姿态法向量采集标定点坐标可以减少机器人产生的机械误差，使用本专利的标定系统方案的实施例总体精度将小于0.2mm。可以有效适用于需要高精度处理的集成电路封装、鞋面喷涂、pcb焊接以及高精度自动装配。

5、为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

6、设计一个有多个面的鞋仿真标定模型s1，是由机器人加工区域和固定机构组成，加工区域的轮廓与机器人对鞋的实际加工区域一致。加工区域是设定多个标定点的区域。加工区域面的设计应保证机器人携带标定针接触所有标定点时都处于同一姿态，该姿态为法向量，加工区域为四个平面组成，并朝向四个方向。

7、更进一步，为提高机器人的标定精度，鞋仿真标定模型的每个面上有特定的多个标定点s2，标定点个数不少于三个，任意三个标定点不在一条直线上。为避免人眼标定的误差，标定点的形状采用机械设计的方法，与机器人实现机械对接标定。标定点用笔在平面画的十字形状。

8、所述标定模型及其多个标定点可以保证机器人携带的工具针用同一个姿态精确接触到模型上的每一个标定点s4，是指在设计标定模型时，模型每个面的设计和标定点的法向量为机器人的姿态，为保证机器人可以精确探测其携带的标定针接触到标定模型上的标定点，机器人携带标定针的机构上设计有传感器，传感器可以探测标定针与标定点的接触力度，从而在机器人坐标系中获得标定点的3d坐标。

9、更进一步，机器人携带的标定针的设计与标定点的形状设计相吻合，对于平面画的十字形状的标定点，设计针型标定针。

10、所述用3d相机对模型的每个面标定点成像并采集每个标定点的3d坐标s3，是指基于本专利设计的一个3d建模机器人轨迹采集系统实施例，该系统内为3d相机环境的坐标系。系统中为每个面固定一台3d相机对标定点进行图像采集和获得标定点的3d坐标，该方法可以最大程度降低标定误差。

11、为了更进一步降低机械误差，标定模型在机器人坐标系的固定机构和3d相机坐标系中的固定机构是一致的。

12、所述在3d相机坐标系对鞋建模生成机器人轨迹s6，是指基于3d建模机器人轨迹采集系统实施例，在其3d相机坐标系中对鞋采集3d坐标，利用已经生成的3d相机坐标系和机器人坐标系的转换矩阵s5生成机器人坐标系下机器人对鞋的加工轨迹，这里包含鞋帮面和鞋底的图像采集和机器人轨迹生成。

13、所述机器人按轨迹对鞋加工s7，是指机器人获取已经生成的机器人坐标系下机器人对鞋的加工轨迹，按照该轨迹对鞋帮面或鞋底进行加工处理，包括：喷胶，喷处理剂，刷胶，打磨等处理工作。

技术实现思路

技术特征：

1.本发明专利公开了一种制鞋3d机器视觉建模与机器人高精度标定系统，其关键在于，设计一个由多个面组成的鞋仿真标定模型s1，为每个面上设计特定的多个标定点以及与之吻合的机器人标定针s2，模型及其多个标定点可以保证机器人携带的工具针用同一个姿态精确接触到模型上的每一个标定点并获取坐标信息s4，用3d相机对模型的每个面标定点成像并采集每个标定点的3d坐标s3，计算3d相机和机器人对多个标定点采集的两组坐标得出3d相机坐标系和机器人坐标系的转换矩阵s5，从而完成高精度手眼标定，在3d相机坐标系对鞋建模生成机器人轨迹s6，机器人按轨迹对鞋加工s7。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，设计一个有多个面的鞋仿真标定模型s1，是由机器人加工区域和固定机构组成，加工区域的轮廓与机器人对鞋的实际加工区域一致，加工区域面的设计应满足机器人可以以同一姿态接触标定点，加工区域由四个平面组成。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，每个面上有特定的多个标定点s2，标定点个数不少于三个，任意三个标定点不在一条直线上，标定点为用笔在平面画的十字形状。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，模型及其多个标定点可以保证机器人携带的标定针用同一个姿态精确接触到模型上的每一个标定点s4，是指在设计标定模型时，模型每个面的设计和标定点的法向量为机器人的姿态，机器人携带标定针的机构上设计有传感器，传感器可以探测标定针与标定点的接触力度，从而在机器人坐标系中获得标定点的3d坐标。

5.根据权利要求1和权利要求3所述的系统，其特征在于，机器人携带的工具针与标定点，是指标定针的形状设计与标定点的形状设计相吻合，标定针的设计为针型。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，用3d相机对模型的每个面标定点成像并采集每个标定点的3d坐标s3，是指在3d相机环境的坐标系，每个面固定一台3d相机对标定点进行图像采集和获得标定点的3d坐标。

7.根据权利要求4和权利要求6所述的系统，其特征在于，获得标定点的3d坐标，进一步包含标定模型在机器人坐标系和3d相机坐标系中的固定机构是一致的。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在3d相机坐标系对鞋建模生成机器人轨迹s6，是指在3d相机坐标系中对鞋采集3d坐标，利用已经生成的3d相机坐标系和机器人坐标系的转换矩阵s5生成机器人坐标系下机器人对鞋的加工轨迹。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，机器人按轨迹对鞋加工s7，是指机器人获取已经生成的机器人坐标系下机器人对鞋的加工轨迹，对鞋进行加工处理。

技术总结本发明专利公开了一种制鞋3D机器视觉建模与机器人高精度标定系统，其关键在于，设计一个由多个面组成的被加工物体仿真标定模型S1，为每个面上设计特定的多个标定点以及与之吻合的机器人标定针S2，模型及其多个标定点可以保证机器人携带的工具针用同一个姿态精确接触到模型上的每一个标定点并获取坐标信息S4，用3D相机对模型的每个面标定点成像并采集每个标定点的3D坐标S3，计算3D相机和机器人对多个标定点采集的两组坐标得出3D相机坐标系和机器人坐标系的转换矩阵S5，从而完成高精度手眼标定，在3D相机坐标系对被加工物体建模生成机器人轨迹S6，机器人按轨迹对被加工物体加工S7。技术研发人员：韦卫,李振强,周卫国,刘铮受保护的技术使用者：深慧视（深圳）科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/11