[发明专利]一种基于视觉引导的机器人多孔接触式自动测量方法

权利要求书

1.一种基于视觉引导的机器人多孔自动定位测量方法，其特征在于，本发明针对一种具有多个深孔的工件，对其深孔的孔径、垂直度等参数进行测量，主要有以下几个步骤：

步骤1、对测量设备进行组装；

步骤2、对所使用摄像机进行标定，获取摄像机的内参，标定完成后将单目摄像机装在机器人末端上，对其进行手眼标定获取摄像机与机器人末端的相对位姿；

步骤3、运用摄像机对工件进行标定，获取工件相对于机器人基座标系的相对位姿以及工件上各圆孔在机器人基座标系中的坐标；

步骤4、求出工件外形的重心，以每个圆孔圆心到工件重心的距离大小对工件上的各圆孔进行编号，使得摄像机识别到的圆孔能与工件上的圆孔一一对应；

步骤5、按照以下规则对圆孔进行编号：

1)根据各圆孔圆心距工件图形重心的距离大小，距离重心越近编号越小，距重心距离最近的圆孔编号为1，以此类推；

2)若有多个圆孔，则按以下规则编排，(a)若有两个圆孔到圆心距离相等，则根据以重心作为圆心、两圆孔到重心距离为半径形成的圆弧顺时针从小到大编号；(b)若有三个以上的圆孔到圆心距离相等，则以重心为圆心，各圆孔到重心距离为半径绘圆，比较相邻两圆孔圆心所形成的圆弧圆心角大小，选取最小的圆心角，在其圆弧上的两个圆孔顺时针从小到大编号，再沿着圆周方向顺时针从小到大编号；(c)若有多个圆心角大小相等，则比较与这些圆心角相邻圆心角的大小，若某个圆心角的相邻圆心角最小，则选取该圆心角，再沿着圆周方向顺时针从小到大编号；(d)若所有的圆心角大小均相等，则可先预留与圆孔数目相同的编号数目，先排好距离远的圆孔，以编号最小的圆孔为基准圆孔，在这些圆心角大小均相等的圆孔中选取一个离基准圆孔距离最小的圆孔，以该圆孔为起始点顺时针从小到大编号；若距离远的圆孔，也全都是到重心距离相等且所有的圆心角大小均相等，则在距离最远的那一些圆孔中随机抽选一个圆孔为起始点，顺时针从小到大编号，再按照上述方法进行编号；

步骤6、对单一圆孔进行测量时，为简化机器人路径规划的重复性工作，在工件坐标系内对每个孔进行统一的路径规划；

步骤7、根据规划好的测量路径，在视觉的引导下将机器人运动至测量的起始位置，并在视觉的检测下进行测量。

2.根据权利要求1中所述的一种基于视觉引导的机器人多孔自动定位测量方法，其特征在于，将传感器装载在机器人末端，用于检测测针是否与待测工件孔内壁相接触，若机器人控制系统接收到触碰信号，则控制机器人停止当前运动并记录机器人各关节编码器返回的位置信息，然后开始下一段轨迹任务。

3.根据权利要求1中所述的一种基于视觉引导的机器人多孔自动定位测量方法，其特征在于，单个摄像机固定在机器人末端，摄像机与机器人末端的相对位姿固定不变，借助棋盘格运用“两步法”对摄像机进行标定，获取摄像机的内参矩阵，完成摄像机标定后，将棋盘格固定，驱动机器人从三个区别较大的角度拍摄棋盘格，记录在这三个位置的机器人位姿矩阵以及与之对应的摄像机外参矩阵，再运用Tsai算法求解获取摄像机相对于机器人末端的位姿矩阵。

4.根据权利要求1中所述的一种基于视觉引导的机器人多孔自动定位测量方法，其特征在于，获取摄像机的内参矩阵以及摄像机相对于机器人末端的位姿矩阵之后，利用工件外形的外接最小正方形作为标志，借助摄像机标定，求取工件相对于机器人基坐标系的位姿矩阵，从而实现对待测量工件的标定，再对摄像机所获取图像进行霍夫变换识别工件中的圆孔及其圆心，由摄像机模型方程便可求取各圆心的空间坐标。

5.根据权利要求1中所述的一种基于视觉引导的机器人多孔自动定位测量方法，其特征在于，对单一圆孔进行测量时，使测针与待测平面始终保持垂直，为保证机器人在末端工具能与孔内壁接触，在测量截面采用直径为D的圆进行包裹，并规定机器人在测量第一个截面的三个方向，三个方向间夹角均为120°，在测量其余截面时均按照这三个方向进行测量。

6.根据权利要求1中所述的一种基于视觉引导的机器人多孔自动定位测量方法，其特征在于，在测量前，由视觉系统获取待测量工件的位姿，再获取规划好的测量路径的初始点位置，引导机器人运动至初始点，再根据规划好的路径进行测量，测量过程中，在测头进入圆孔前，检测测头所在位置坐标的x,y值是否与视觉所获取的该圆孔圆心坐标的x,y值相差过大，过大时则终止机器人运动，防止测头损坏。