[发明专利]一种用于大型装备表面形貌测量的龙门架式结构光扫描机器人和方法

权利要求书

1.一种用于大型装备表面形貌测量的龙门架式结构光扫描机器人，其特征在于，所述机器人包括龙门架(1)、机械臂(5)、结构光扫描仪(2)和光学动态跟踪系统(6)；

所述龙门架(1)包括横梁和两个立柱，且龙门架(1)下方放置大型装备；

所述横梁和两个立柱上均装有导轨(4)和滑块(3)；

所述滑块(3)连接机械臂(5)，机械臂(5)末端装有结构光扫描仪(2)，用于扫描大型装备，从而测量其表面形貌；

所述横梁和两个立柱上对应的机械臂(5)跟随滑块(3)沿导轨(4)进行移动，可确保结构光扫描仪(2)扫描视野覆盖整个大型装备；

所述光学动态跟踪系统(6)的视野范围覆盖整个机器人装置，用于与结构光扫描仪(2)配合进行大型装备表面形貌测量。

2.根据权利要求1所述的一种用于大型装备表面形貌测量的龙门架式结构光扫描机器人，其特征在于，所述结构光扫描仪包括安装支架(2-2)以及安装在安装支架(2-2)上的视觉传感器(2-1)、数据传输接口(2-3)、反光点粘贴凸台(2-4)、电源开关(2-5)、提手(2-6)、光源发射器(2-7)、散热孔(2-8)；

所述安装支架(2-2)与机械臂(5)末端配合，并延伸一定长度防止机械臂(5)与结构光扫描仪(2)发生干涉；

所述反光点粘贴凸台(2-4)上粘贴有反光点；

所述光学动态跟踪系统(6)根据反光点的相对位置可确定结构光扫描仪(2)在坐标系中的位置和姿态从而配准每一帧扫描得到的点云获得整体形貌；

所述数据传输接口(2-3)，用于视觉传感器(2-1)扫描数据的传输；

所述光源发射器(2-7)，可选择使用，用于在扫描物体表面投影数据处理结果；

所述电源开关(2-5)、提手(2-6)和散热孔(2-8)，分别用于结构光扫描仪(2)的电源开关、移动和散热。

3.根据权利要求1所述的一种用于大型装备表面形貌测量的龙门架式结构光扫描机器人，其特征在于，所述机械臂(5)型号为库卡KR 6R900 sixx C-WP，光学动态跟踪系统(6)为形创C-Track。

4.根据权利要求1-3任一所述的一种用于大型装备表面形貌测量的龙门架式结构光扫描机器人的用于大型装备表面形貌测量的方法，其特征在于，包括：

S1、安装机器人硬件装置并设置编码点和反光点；

S2、结合编码点和反光点，确定扫描仪位姿并定位大型装备；

S3、根据大型装备的定位信息进行机械臂(5)及滑块(3)协同路径规划；

S4、根据路径规划结果移动结构光扫描仪(2)并进行扫描；

S5、结束形貌测量并移出大型装备。

5.根据权利要求4所述的用于大型装备表面形貌测量的方法，其特征在于，所述S1中，安装机器人硬件装置并设置编码点和反光点，包括：

安装所述机器人的硬件装置，将大型装备放置在规定区域并进行固定，并在测量过程中位置不发生改变的区域和装备上放置编码点和反光点。

6.根据权利要求4所述的用于大型装备表面形貌测量的方法，其特征在于，所述S2中，结合编码点和反光点，确定扫描仪位姿并定位大型装备，包括：

利用光学动态跟踪系统(6)配备的基准尺和坐标轴，结合反光点和编码点在大型装备周围建立光学动态跟踪系统坐标系；

所述坐标系建立完成后光学动态跟踪系统(6)位置允许发生改变，除结构光扫描仪(2)上的反光点外的反光点位置是固定的；

所述光学动态跟踪系统(6)根据暴露在视野内的结构光扫描仪(2)上的反光点相对位置确定结构光扫描仪(2)的位姿，根据大型装备上的反光点坐标对大型装备进行定位。

7.根据权利要求4所述的用于大型装备表面形貌测量的方法，其特征在于，所述S3中，根据大型装备的定位信息进行机械臂(5)及滑块(3)协同路径规划，包括：

将滑块(3)作为机械臂(5)的一个附加关节与机械臂(5)看作一个整体，根据大型装备的定位信息进行协同路径规划，确保扫描范围覆盖整个装备表面。

8.根据权利要求4所述的用于大型装备表面形貌测量的方法，其特征在于，所述S4中，根据路径规划结果移动结构光扫描仪(2)并进行扫描，包括：

S4-1、移动滑块(3)和机械臂(5)，使结构光扫描仪(2)移动到路径规划的目标位姿，移动到路径规划的目标位姿后固定不动；

S4-2、结构光扫描仪(2)进行扫描，等待数秒后，扫描完成获取点云；

S4-3、结构光扫描仪(2)传输数据，结构光扫描仪(2)通过数据传输接口(2-3)将本帧扫描数据传输给数据分析软件；软件根据扫描仪位姿信息将本帧数据与第一帧数据配准，以避免累积误差；

S4-4、重复S4-1到S4-3直至路径规划的任务结束，完成形貌测量，移出大型装备。