[发明专利]一种三维点云的实时采集装置及机器人打磨轨迹规划方法

权利要求书

1.一种三维点云的实时采集装置，其特征在于：包括机器人、激光位移传感器、基于实时操作系统的机器人实时控制系统，所述激光位移传感器通过夹具设置在所述机器人的末端，所述的机器人为六自由度关节机器人；所述机器人实时控制系统通过实时工业以太网总线连接机器人和激光位移传感器，用于使激光位移传感器的读数和机器人的位姿得到同步，将一维测量扩展为三维测量，从而通过扫描获取工件的三维点云。

2.根据权利要求1所述的三维点云的实时采集装置，其特征在于:所述的机器人实时控制系统与机器人和激光位移传感器之间为毫秒级通信。

3.一种基于权利要求1或2所述装置的机器人打磨轨迹规划方法，其特征在于，包括步骤：

(1)通过多点标定法标定激光位移传感器的测量坐标系相对于机器人末端坐标系的转换矩阵；

(2)机器人驱动激光位移传感器扫描工件，将一维测量扩展为三维测量，获取工件的三维点云；

(3)通过对三维点云中各点设置不同的自适应权重函数对所述三维点云进行法向估计和优化，同时基于三维点云包含的空间位置信息和法向信息规划机器人打磨时的位姿和走刀路径，并以扫描轨迹加以修正作为机器人的连续打磨轨迹。

4.根据权利要求3所述的机器人打磨轨迹规划方法，其特征在于，所述步骤(1)具体包括：

(11)首先在机器人末端安装一个标定顶尖，控制机器人到达空间某一固定点，采用机器人工具坐标系五点标定法，工具坐标系标定完成后从示教器读出该固定点相对于机器人基坐标系的空间位置^Bp；

(12)然后在机器人末端装夹激光位移传感器，控制机器人将激光照射在所述固定点，读出机器人当前末端相对于基坐标系的位姿及激光位移传感器的示数^Mp，所述激光位移传感器的示数^Mp和所述空间位置^Bp的转换关系为：

pB=T61TM6Mp---(1)]]>

式中^Bp——空间点p在机器人基坐标系的坐标；

^Mp——空间点p在测量坐标系的坐标；

——机器人末端坐标系相对于基坐标系的齐次变换矩阵；

——测量坐标系相对于机器人末端坐标系的齐次变换矩阵，其中，

TM6=r11r12r13xr21r22r23yr31r32r33z0001;---(2)]]>

(13)将式(1)转换为设则(1)可以表示如下：

r13d+x=ar23d+y=br33d+z=c;---(3)]]> 1

(14)基于多点标定，将式(3)转化成AX＝k的形式，构成一个超定方程组，并采用最小二乘来求解，形式如下：

min||AX-k||22---(4)]]>

使最小的解X^*即为超定方程组AX＝k的最小二乘解；

(15)求解出X后即得到矩阵得到矩阵后，即可以将扫描的工件三维点云转换到机器人基坐标系下。