[发明专利]一种基于线激光传感器的机器人作业轨迹获取方法

说明书

本发明涉及一种基于线激光传感器的机器人作业轨迹获取方法，采用线激光传感器对机器人待作业路径进行扫描，按照一定的采样频率对激光线轮廓数据进行提取，最终根据整条路径上的轮廓采样信息及机器人的位置信息自动生成机器人的作业轨迹，作业轨迹包含机器人的作业位置、作业姿态以及作业速度等信息。该方法能够提高机器人对于复杂路径的作业效率，提升机器人工作的自动化水平。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种基于线激光传感器的机器人作业轨迹获取方法。

背景技术

船舶分段制造中焊接工作为主要工作，目前人工焊接仍然为主要焊接手段，并且由于前序加工误差较大，采用示教方法难以实现机器人的自动化焊接。以船舶分段T型材焊接为例，理想的坡口作业中心轨迹应当是一条直线，然而实际情况中存在各种形状不一的曲线，单纯示教的机器人焊接轨迹无法通用。因此，需要一种根据不同T型材坡口形状自动生成不同的机器人作业轨迹的方法。

在复杂皮料缝纫领域，目前几乎所有厂家都采用手工缝纫机进行缝纫，缝纫路径通常为空间曲线，对操作人员的水平要求较高，加工质量不稳定，极其容易出现线距不小不一，线型方向不统一等缺陷。此外，由于需要缝纫的皮料通常比较柔软，即使同一块皮料先后两次放置在同一个工作台上，因为自身形变的原因，待缝纫的路径也会发生变化，因此采用机器人示教缝纫的方法将会效率低下。基于以上原因，需要一种能够自动提取缝纫路径的方法，用该方法指导机器人自动缝纫，既能解决手工缝纫质量不稳定的问题，又能解决示教缝纫效率低下的问题。

发明内容

鉴于现有技术存在的缺陷，本发明提供一种基于线激光传感器的机器人作业轨迹获取方法，以解决上述背景技术中的技术缺点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于线激光传感器的机器人作业轨迹获取方法，包括以下步骤:

(1)机器人末端通过末端法兰安装线激光传感器并标定出线激光传感器同机器人末端法兰坐标系之间的坐标转换矩阵；

(2)手动示教线激光传感器的扫描轨迹，要求在该扫描轨迹上，每一条激光线都与作业路径相交；

(3)在线激光传感器根据扫描轨迹进行的运动结束后或者运动过程中，按一定时间间隔保存运动过程中机器人的末端位置信息和姿态信息，按同样的时间间隔保存激光线轮廓信息，其中激光线轮廓信息包含激光线上各个点在传感器内部的横向坐标值和高度坐标值；

(4)提取各条激光线中的特征点坐标；

(5)根据步骤(4)中的特征点坐标、步骤(3)中机器人末端法兰的位置和姿态信息以及步骤(1)中的坐标转换矩阵，计算所有特征点在机器人世界坐标系里的坐标；

(6)对步骤(5)中生成的特征点在机器人世界坐标系里的坐标进行拟合，生成路径拟合曲线，即可获得作业路径上任意点的世界坐标近似值；

(7)改变步骤(4)中所有特征点的坐标值，而后重复步骤(5)至步骤(6)，生成一条新的路径拟合曲线；

(8)根据步骤(6)和步骤(7)生成的两条拟合曲线，计算机器人作业路径上各个点的姿态值；

(9)根据步骤(8)生成的姿态值线性规划机器人作业路径上各个点的速度。

进一步，所述步骤(1)中，标定的坐标转换矩阵为手眼关系矩阵。

进一步，所述步骤(4)中采取波峰波谷最大偏差法提取特征点，当某一激光线轮廓点的高度坐标大于其相邻两点的高度坐标时，该点即为波峰点，当某一轮廓点的高度坐标小于其相邻两点的高度坐标时，该点即为波谷点，首先求取轮廓线上所有的波峰点和波谷点，而后将相邻的波峰波谷点的高度坐标求差，寻找差值绝对值最大的位置，即为特征点。