一种管路粗定位方法及系统技术方案

本发明专利技术公开的一种管路粗定位方法，包括如下步骤：S1、通过示教的方式控制工业相机来拍摄管路图像；S2、在管路图像的每个管段中选取两个位置点，计算出各位置点对应轴线点在机器人基坐标下的坐标；S3、基于各管段上两轴线点计算出对应管段的轴线，计算相邻两轴线公垂线中点，即为管路节点在机器人基坐标系下的坐标；S4、将设计坐标系下各管路节点坐标与机器人基坐标系下各管路节点坐标进行匹配，获取设计坐标系相对于机器人基坐标系的转换矩阵，实现管路的粗定位。通过示教的方式拍摄整个管路的图像，之后基于管路图像自动实现管路的粗定位，无需借助支架即可实现管路的粗定位，能适用于不同尺寸管路的粗定位，其适用场景更为灵活，实用性更高。实用性更高。实用性更高。

【技术实现步骤摘要】
一种管路粗定位方法及系统


[0001]本专利技术属于管路测量
，更具体地，本专利技术涉及一种管路粗定位方法及系统。

技术介绍

[0002]管路作为汽车、船舶、航空航天等领域传输气液介质的重要零部件，其质量严重影响产品的整体性能。目前管路的检测逐渐由靠模检测的定性检测方法转向光学非接触式测量的定量检测方法，管路定量测量不仅能够判断管路的合格与否，更重要的能够提供管路的误差数值信息，为管路弯管工艺参数修正提供数据支撑，管路定量测量设备和方法正逐渐被管路加工工厂所采纳。
[0003]为了使机器人测量机(机器人系统与视觉系统集成，组成机器人测量机)能够实现管路自动化测量，需要提前确定管路相对于机器人基坐标系的空间位姿。目前采用较多的管路定位方法是通过机械式的硬件定位，如支架，当管路夹持固定于支架上时，管路相对于支架的空间位姿也即确定，支架相对于机器人固定不动，其空间位姿可通过外部设备提前测量，因此，一旦管路夹持在支架后，管路相对于机器人的空间位姿也即确定；但该方法存如下弊端：(1)不同型号管路需要设计不同的管路支架，实际管路型号众多，需要设计管路支架数量也非常庞大，成本高昂。而且，一旦管路尺寸发生更改，对应的管路支架必须同步更改；(2)当支架位置变动时，管路固定于支架后其相对于机器人的空间位姿也发生变动，此时机器人测量机无法自动测量，必须重新定位支架相对于机器人的空间位姿。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种管路粗定位方法，旨在改善上述问题。
[0005]本专利技术是这样实现的，一种管路粗定位方法，所述方法具体包括如下步骤：
[0006]S1、通过示教的方式控制工业相机来拍摄管路图像；
[0007]S2、在管路图像的每个管段中选取两个位置点，计算出各位置点对应轴线点在机器人基坐标下的坐标；
[0008]S3、基于各管段上两轴线点计算出对应管段的轴线，计算相邻两轴线公垂线中点，即为管路节点在机器人基坐标系下的坐标；
[0009]S4、将设计坐标系下各管路节点坐标与机器人基坐标系下各管路节点坐标进行匹配，获取设计坐标系相对于机器人基坐标系的转换矩阵，实现管路的粗定位。
[0010]进一步的，位置点P
i
对应轴线点在机器人基坐标下的坐标获取方法具体如下：
[0011]S31、计算位置点P
i
对应的管路表面点Qi在相机坐标系C中的方向vi；
[0012]S32、在激光距离传感器坐标系L的坐标原点与相机坐标系C的坐标原点重合，激光距离传感器坐标系L的z轴与vi方向重合，同时激光距离传感器坐标系L绕vi方向旋转固定角度后，确定此时法兰坐标系F在机器人基坐标系B中的位姿f1；
[0013]S33、控制机器人移动至末端法兰的法兰坐标系F处于位姿f1，控制激光测距传感
器进行测距，计算测距值与管路半径值之和，获取轴线点R
i
在当前激光距离传感器坐标系L下的坐标R
i
_L，进而计算轴线点Ri在机器人基坐标系B中的坐标R
i
_B；
[0014]标定相机坐标系C相对于法兰坐标系F的位姿矩阵，激光距离传感器坐标系L相对于法兰坐标系F的位姿矩阵，将激光距离传感器坐标系L的Z轴设为激光束的方向，且记录每次拍摄时法兰坐标系F相对于机器人基坐标系B的位姿矩阵。
[0015]本专利技术是这样实现的，一种管路粗定位系统，所述系统包括：
[0016]机器人，机器人的末端法兰通过法兰连接件与支架连接，支架用于固定工业相机及激光测距传感器，工业相机、激光测距传感器及机器人与控制柜通讯连接；
[0017]控制柜控制机器人移动的同时，控制工业相机拍摄管路图像，将拍摄到的管路图像发送至控制柜，控制柜基于上述管路粗定位方法来控制机器人移动的同时，控制激光传感器进行测距，进而实现管路的粗定位。
[0018]本专利技术通过示教的方式拍摄整个管路的图像，之后基于管路图像自动实现管路的粗定位，无需借助支架即可实现管路的粗定位，能适用于不同尺寸管路的粗定位，其适用场景更为灵活，实用性更高。
附图说明
[0019]图1为本专利技术实施例提供的管路粗定位装置的结构示意图；
[0020]图2为本专利技术实施例提供的管路粗定位方法流程图；
[0021]图3为本专利技术实施例提供各位置点对应轴线点在机器人基坐标下坐标的获取过程示意图；
[0022]1.工业机器人、2.法兰连接件、3.支架、4.激光测距传感器、5.工业相机、6.工业相机的镜头、7.控制柜。
具体实施方式
[0023]下面对照附图，通过对实施例的描述，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本专利技术的专利技术构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
[0024]图1为本专利技术实施例提供的管路粗定位装置的结构示意图，为了便于说明，仅示出与本专利技术实施例相关的部分，该装置包括：
[0025]机器人，机器人的末端法兰通过法兰连接件与支架连接，支架用于固定工业相机及激光测距传感器，工业相机、激光测距传感器及机器人与控制柜通讯连接；
[0026]控制柜控制机器人移动的同时，控制工业相机拍摄管路图像，将拍摄到的管路图像发送至控制柜，控制柜基于下述管路粗定位方法来控制机器人移动的同时，控制激光传感器进行测距，进而实现管路的粗定位；
[0027]其中，控制柜上集成有存储单元，用于存储管路的设计图纸及管路节点在设计坐标系下的坐标。
[0028]图2为本专利技术实施例提供的管路粗定位方法流程图，该方法具体包括如下步骤：
[0029]S1、标定相机坐标系C相对于法兰坐标系F的位姿矩阵T_C_F，激光距离传感器坐标系L相对于法兰坐标系F的位姿矩阵T_L_F，将激光距离传感器坐标系L的Z轴设为激光束的
方向；
[0030]在管路粗定位装置安装完成后，相机坐标系C、法兰坐标系F及激光距离传感器坐标系L之间的坐标系也就固定了，因此只需要进行一次标定即可，此外，法兰坐标系F相对于相机坐标系C的位姿矩阵为T_F_C，位姿矩阵T_F_C为位姿矩阵T_C_F的逆矩阵。
[0031]S2、通过示教的方式控制工业相机来拍摄管路图像，记录每次拍摄时法兰坐标系F相对于机器人基坐标系B的位姿矩阵T_F_B；
[0032]管路图像可能主要拍摄若干帧，才能使得管路图像能覆盖整个管路，由于工业相机的视野范围较大，对于一般的管路，拍摄2～4帧图像即可覆盖整个管路，管路由管段首尾连接而成，管段均为圆柱形。
[0033]S3、在管路图像的每个管段中选取两个位置点，针对每个位置点执行步骤S31及步骤S33，计算出各位置点对应轴线点在机器人基坐标下的坐标；
[0034]S31、计算位置点P
i
对应的管路表面点Qi在相机坐标系C中的方向vi，方向vi为表面点Qi与相机坐标系C原点的连线所在方向，表面点Qi经工业相机拍摄后，在管路图像中对应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种管路粗定位方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：S1、通过示教的方式控制工业相机来拍摄管路图像；S2、在管路图像的每个管段中选取两个位置点，计算出各位置点对应轴线点在机器人基坐标下的坐标；S3、基于各管段上两轴线点计算出对应管段的轴线，计算相邻两轴线公垂线中点，即为管路节点在机器人基坐标系下的坐标；S4、将设计坐标系下各管路节点坐标与机器人基坐标系下各管路节点坐标进行匹配，获取设计坐标系相对于机器人基坐标系的转换矩阵，实现管路的粗定位。2.如权利要求1所述管路粗定位方法，其特征在于，位置点P
i
对应轴线点在机器人基坐标下的坐标获取方法具体如下：S31、计算位置点P
i
对应的管路表面点Qi在相机坐标系C中的方向vi；S32、在激光距离传感器坐标系L的坐标原点与相机坐标系C的坐标原点重合，激光距离传感器坐标系L的z轴与vi方向重合，同时激光距离传感器坐标系L绕vi方向旋转固定角度后，确定此时法兰坐标系F在机器人基坐标系B中的位姿f1；S33...

【专利技术属性】
技术研发人员：王飞阳，庄金雷，陈盟，高靖，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学芜湖机器人产业技术研究院，
类型：发明
国别省市：