一种基于特征点识别的机器人焊缝打磨算法制造技术

本发明专利技术公开了一种基于特征点识别的机器人焊缝打磨算法，包括以下步骤：S1、将整体焊缝分割成很多小段，机器人分段扫描，获得焊缝打磨场景的点云模型；S2、对点云模型进行局部焊缝识别算法，完成局部焊缝信息的识别；S3、利用局部焊缝算法提取到的信息，调整机器人的运动，自动完成焊缝扫描，并不断更新全局焊缝信息，从而获得焊缝的全局位置和高度信息；S4、利用焊缝信息，控制机器人完成焊缝自动打磨工作。本发明专利技术采用具有的优点：(1)通过分段识别，保证机器人末端严格按照预定方向运动；(2)焊缝特征提取速度快，计算效率高。计算效率高。计算效率高。

【技术实现步骤摘要】
一种基于特征点识别的机器人焊缝打磨算法


[0001]本专利技术属于机器人打磨
，更具体地，涉及一种基于特征点识别的机器人焊缝打磨算法。

技术介绍

[0002]目前，打磨机器人的应用越来越广泛，但其常用的轨迹规划方法只有逐点示教法与离线编程法两种。逐点示教法通常用于表面规整、形貌简单物体的打磨。而磨削表面形貌复杂的钢轨焊缝，就需要采用离线编程，根据焊缝的模型，合理地规划打磨轨迹。
[0003]为获得焊缝模型，在机器人末端固接一个激光位移传感器，通过测量传感器表面到钢轨焊缝表面的垂直距离，并借助建立好的机器人正运动学模型计算出焊缝表面点在机器人基坐标系下的坐标值，连续测量，转换坐标系得到点云数据，重构焊缝模型。但要计算得到焊缝表面点在基坐标系下的坐标，还需知道激光位移传感器与机器人末端间的位姿关系，即完成机器人、传感器的手眼标定。
[0004]将智能传感器与工业机器人结合，使机器人对外界环境具有一定的感知功能，这已成为工业机器人的发展趋势，这样机器人就可以“看见”焊缝，并且通过重构得到焊缝在机器人基坐标系下的模型，然后根据得到模型再离线规划打磨轨迹，最终完成对焊缝的磨削。
[0005]焊缝打磨机器人能够完成焊缝自动打磨工作，需要提取整段焊缝的方向信息和高度信息，同时为了调整打磨工具末端的姿态，还需要提取焊缝所在平面的法向量。由于焊缝很长，通过一次扫描提取所有焊缝信息会存在两个问题：a.机器人末端按照预定的方向运动；b.—次扫描完很长的焊缝，得到的三维点云模型的数据点太多，提取速度太慢，同时对内存要求太高。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，为了保证机器人末端严格按照预定方向运动，同时，提高三维点云模型的提取速度，降低内存存储量，本专利技术采用“分段识别”策略，将整条焊缝分割成很多小段，机器人自主运动扫描每一段焊缝完成局部焊缝信息的识别，并更新全局焊缝信息，同时利用当前段提取的信息调整机器人末端位姿并且引导机器人自主运动，完成每一小段焊缝的提取后，就得到了焊缝的全局位置和高度信息，从而控制机器人完成焊缝打磨任务。
[0007]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0008]一种基于特征点识别的机器人焊缝打磨算法，包括如下步骤：
[0009]S1、将整体焊缝分割成很多小段，通过机器人分段扫描，获得整体焊缝打磨场景的点云模型；
[0010]S2、对点云模型进行局部焊缝识别算法，完成局部焊缝信息的识别；
[0011]S3、利用局部焊缝算法提取到的信息，调整机器人的运动，自动完成焊缝扫描，并
不断更新全局焊缝信息，从而获得焊缝的全局位置和高度信息；
[0012]S4、利用焊缝信息，控制机器人完成焊缝自动打磨工作。
[0013]对本专利技术技术方案的优选，步骤S2中局部识别算法为：
[0014](1)通过交互界面控制机器人移动到初始位置，并设定机器人初始运动方向和初始运动距离，完成第一段焊缝的扫描识别；
[0015](2)利用当前段焊缝的方向向量确定下一段扫描过程机器人的运动方向；利用当前段扫描焊缝的长度确定下一段扫描过程机器人的运动距离，后续段扫描依此类推，直至扫描完整条焊缝。
[0016]对本专利技术技术方案的优选，局部焊缝识别算法是从三维点云模型中提取焊缝所在法向量、焊缝的方向信息和高度信息。
[0017]对本专利技术技术方案的优选，步骤S3中，全局焊缝信息更新算法的核心为将局部焊缝的端点拼接到全局焊缝信息中，并通过直线拟合计算较为准确的全局焊缝方向信息，最终利用在拟合直线中插入的中间路径点规划打磨的路径。
[0018]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
[0019](1)机器人焊缝打磨算法通过分段识别，保证机器人末端严格按照预定方向运动。
[0020](2)机器人焊缝打磨算法解决焊缝特征提取速度慢的问题，提高提取速度，减少三维点云模型的数据储存。
附图说明
[0021]图1是基于特征点识别的机器人焊缝打磨算法的总流程图。
[0022]图2是“分段识别”策略示意图。
[0023]图3是局部焊缝识别算法流程图。
[0024]图4是利用二次差分计算数据点的离散曲率。
[0025]图5是计算离散曲率识别特征点和特征线。
[0026]图6是三角化的点云数据。
[0027]图7是算法的运行示例主视图。
[0028]图8是算法的运行示例俯视图。
[0029]图9是实施例的焊缝特征线示意图。
具体实施方式
[0030]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图1-8及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0031]实施例1
[0032]如图1所示，一种基于特征点识别的机器人焊缝打磨算法，包括以下步骤：
[0033]S1、将整体焊缝分割成很多小段，机器人分段扫描，获得焊缝打磨场景的点云模型；
[0034]S2、对点云模型进行局部焊缝识别算法，完成局部焊缝信息的识别；
[0035]S3、利用局部焊缝算法提取到的信息，调整机器人的运动，自动完成焊缝扫描，并不断更新全局焊缝信息，从而获得焊缝的全局位置和高度信息；
[0036]S4、利用焊缝信息，控制机器人完成焊缝自动打磨工作。
[0037]如图2所示，本实施例机器人焊缝打磨算法，步骤S1中，焊缝所在的平面为目标平面，整条焊缝的两个端点分别是P
A
和P
B
，从起始点开始，将焊缝分解成许多小段，每一条小段都认为是一条局部焊缝。定义每一条小段为P
a0
、P
b0
、P
b1
........。
[0038]本实施例中提及的焊缝打磨机器人为本
内的公知常识。
[0039]本实施例机器人焊缝打磨算法，步骤S2中局部识别算法为：
[0040](1)通过交互界面控制机器人移动到初始位置，并设定机器人初始运动方向和初始运动距离，完成第一段焊缝的扫描识别；
[0041](2)利用当前段焊缝的方向向量确定下一段扫描过程机器人的运动方向；利用当前段扫描焊缝的长度确定下一段扫描过程机器人的运动距离，后续段扫描依此类推，直至扫描完整条焊缝。
[0042]如图2和3所示，步骤S2中“分段识别”策略的具体步骤为：首先，通过交互界面控制机器人移动，当激光传感器处在Pa0附近，停止交互，得到当前局部区域的扫描点集合，该局部区域包括母材和焊缝；然后，设定机器人初始运动方向Dir和初始运动步长Step，完成第一段焊缝的扫描识别；接着，利用当前段焊缝的方向向量确定下一段扫描过程机器人的运动方向，即更新本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于特征点识别的机器人焊缝打磨算法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将整体焊缝分割成很多小段，通过机器人分段扫描，获得整体焊缝打磨场景的点云模型；S2、对点云模型进行局部焊缝识别算法，完成局部焊缝信息的识别；S3、利用局部焊缝算法提取到的信息，调整机器人的运动，自动完成焊缝扫描，并不断更新全局焊缝信息，从而获得焊缝的全局位置和高度信息；S4、利用焊缝信息，控制机器人完成焊缝自动打磨工作。2.根据权利要求1所述的基于特征点识别的机器人焊缝打磨算法，其特征在于，步骤S2中局部识别算法为：(1)通过交互界面控制机器人移动到初始位置，并设定机器人初始运动方向和初始运动距离，完成第一段焊缝的扫描识别；(2)利用当前段焊缝的方向向量确定下一段扫描过程机器人的...

【专利技术属性】
技术研发人员：段晋军，戴振东，闵康，杨祥利，赵宾峰，
申请(专利权)人：南京溧航仿生产业研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：