【技术实现步骤摘要】
一种基于点云拼接的机械臂喷涂轨迹规划方法及系统
[0001]技术邻域
[0002]本专利技术属于点云处理与轨迹规划领域，涉及一种基于点云拼接的机械臂喷涂轨迹规划方法及系统。
技术介绍
[0003]目前的机械臂喷涂模式大体分为两种，一种是开环式的机器人喷涂作业，该方法无法对非标准化目标做出自适应调整，一条喷涂生产线只能固定喷涂少数几种型号的产品，其通用性较差，无法适应非结构化的不确定环境，且机械臂位置固定，一个目标物体的喷涂需要多台机械臂共同协作完成，不适于差异化物品的通用喷涂；第二种是传统喷涂产业，由于可变性大、环境因素不可控和喷涂要求不统一等原因，该方法目前仍主要由人工完成，其喷涂质量取决于工人的经验，品控难度大、喷涂精度低。且因长期工作于恶劣环境下，有害于工作人员的健康。
[0004]若采用人工示教的方式实现机器人喷涂，首先由人工引导机械臂末端实现喷涂轨迹，接着程序记住轨迹中的路径点位姿信息，最后控制机械臂重复此轨迹来完成喷涂，该方法虽然可以大大减少人工的参与度，满足长时间作业的要求，但是会面临：(1)对非标准物体无法自适...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于点云拼接的机械臂喷涂轨迹规划方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一：基于三角形相似原理的深度相机标定方法，标定得到深度相机成像坐标系相对舵机基坐标系的外参旋转矩阵R和平移矩阵T；步骤二：通过舵机搭载深度相机旋转，拍摄多张能完整覆盖目标的彩色深度图像，将点云拼接得到目标点云；步骤三：目标点云的滤波；步骤四：以搭载深度相机的舵机基坐标为原点，舵机0
°
正前方为X轴方向，逆时针旋转90
°
方向为Y轴方向，垂直底座方向为Z轴方向，建立笛卡尔坐标系，利用均匀采样离散化步骤三滤波后的目标点云，其中Z轴方向上的采样步长为喷涂时机械臂末端在Z轴方向上的前进步长；步骤五：判断步骤四处理后的目标点云内部是否存在不需要喷涂的空闲区域，若是则采用颜色滤波分离目标点云内部的空闲区域点云，同时对处理后目标点云和空闲区域点云分别采用统计滤波以滤除离群点，然后执行步骤六；若否则直接执行步骤六；步骤六：RANSAC算法平面拟合对步骤五所述目标点云采用RANSAC算法迭代得到拟合步长内的最佳拟合平面，其中所述拟合步长为机械臂末端在Z轴方向上的前进步长；在目标点云步长内，计算除拟合点以外的点到最佳拟合平面的距离，删除距离大于设定阈值的点；步骤七：点云路径规划；将步骤六处理后的点云排序后构成机械臂末端的路径点，构建一条基于喷涂物体表面的全覆盖路径，同时绕过其中不需要喷涂的空闲区域，具体方法为：针对步骤六处理后的目标点云，若存在不需要喷涂的空闲区域，则在Z轴上，以步骤五所述空闲区域点云在Z轴方向的两个极值为界，将目标点云按照z值大小分为三部分：最大部分、最小部分、中间部分，对目标点云中z值最大和最小部分为一次排序部分，中间部分则为二次排序部分；若不存在不需要喷涂的空闲区域，则均认为是一次排序部分：对于一次排序部分，在采样步长内，以y值大小排序，奇数步长内顺序从小到大排列，偶数步长内倒序从大到小排列，交替排列构建栅格类路径，以此实现全覆盖路径；对于二次排序部分，以空闲区域点云在Y轴上的中值为界，将该二次排序部分点云分为两部分，再对上述两部分点云分别按照一次排序步骤重排序规划路径点；步骤八：在步骤七规划后的每个路径点的邻域内拟合平面，以该拟合平面的法向量作为该路径点的法向量，根据路径点坐标及法向量实现喷涂轨迹。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于步骤一所述舵机搭载的深度相机的外参旋转矩阵R和平移矩阵T标定方法具体操作如下：根据深度相机返回深度值，获取深度相机成像坐标camera_link与竖直平面的距离x；设此时在XOY平面下，camera_link与舵机基坐标base_link之间夹角为θ，距离为r；之后舵机绕base_link顺时针旋转θ1角度，此时深度相机返回距离为x1，根据三角形相似原理可列得下式：r[cos(θ
‑
θ1)
‑
cosθ]＝x
‑
x1cosθ1ꢀꢀꢀꢀ
(1)设舵机再一次旋转角度为θ2，深度相机返回距离为x2，同理可得下式：
r[cos(θ
‑
θ2)
‑
cosθ]＝x
‑
x2cosθ2ꢀꢀꢀꢀ
(2)根据式(1)和式(2)，可得：因此，可得在XOY平面下camera_link相对base_link坐标为(rcosθ,rsinθ)，即camera_link的三维坐标为(rcosθ,rsinθ,z)；通过机械结构搭建，使相机成像坐标系与舵机基坐标系对齐，则外参旋转矩阵为：外参平移矩阵为：T＝[rcosθ rsinθ z]
T
ꢀꢀꢀꢀ
(5)所求外参矩阵为：3.根据权利要求书1所述方法，其特征在于步骤二点云拼接具体操作如下：设舵机绕XYZ轴旋转的角度分别为...
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