探討機(jī)器人的三維形貌自動(dòng)化研究

翟恩滋

摘 要：在工業(yè)產(chǎn)品在線進(jìn)行形貌測(cè)量時(shí)，為了滿足這一工業(yè)技術(shù)的需求，設(shè)計(jì)出了一套基于機(jī)器人的三維形貌自動(dòng)的測(cè)量系統(tǒng)。本文通過對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的系統(tǒng)組成以及測(cè)量系統(tǒng)的工作過程進(jìn)行分析，再根據(jù)掃描測(cè)頭測(cè)量范圍較為有限的特點(diǎn)，提出一種有效的解決方法，希望對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的在線測(cè)量有所幫助。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化；三維形貌測(cè)量；機(jī)器人；拼接方法

中圖分類號(hào)：TP242 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）01-0076-01

對(duì)于我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著非常重要的作用是制造業(yè)，隨著制造技術(shù)的迅猛發(fā)展，先進(jìn)制造技術(shù)也隨之出現(xiàn)，為制造業(yè)的發(fā)展帶來了深刻的影響。然而先進(jìn)的制造業(yè)也常常會(huì)出現(xiàn)難點(diǎn)——對(duì)于物體表面的三維形貌的測(cè)量問題。因此，就需要我們找到一種新的測(cè)量技術(shù)，來滿足企業(yè)生產(chǎn)中的需要。本文通過對(duì)機(jī)器人的三維形貌自動(dòng)化測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行分析，制定了一套整體控制方案。

1 系統(tǒng)組成以及基本工作原理

1.1 系統(tǒng)組成

三維形貌自動(dòng)化測(cè)量系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)主要包括：可靠、穩(wěn)定，利于產(chǎn)品的快速檢測(cè)，同時(shí)在一定的情況下，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品的快速有效的監(jiān)控，進(jìn)一步提高企業(yè)的生產(chǎn)效率。

下面，我們對(duì)于這套測(cè)量系統(tǒng)的功能區(qū)進(jìn)行詳細(xì)的研究說明。其功能區(qū)主要包括四方面：第一，單元數(shù)據(jù)采集區(qū)；第二，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)區(qū)；第三，控制區(qū)；第四，拼接區(qū)。根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)，我們對(duì)這些功能區(qū)的組成部分進(jìn)行詳細(xì)的說明：

（1）單元數(shù)據(jù)采集區(qū)就是由拼接相機(jī)以及掃描相機(jī)組成，主要就是對(duì)信息的獲取。（2）運(yùn)動(dòng)平臺(tái)區(qū)的組成成分主要有機(jī)器人以及它的輔助系統(tǒng)，可使視覺測(cè)頭在所需測(cè)量的物體周圍可以來回移動(dòng)。（3）控制區(qū)的主要功能是保證測(cè)量系統(tǒng)的單元數(shù)據(jù)采集區(qū)、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)區(qū)以及一些相關(guān)的輔助設(shè)備，可以按照規(guī)定的要求來進(jìn)行正常的工作。（4）拼接區(qū)就主要包括的是特征點(diǎn)匹配、圖像處理、全局拼接以及三維坐標(biāo)的計(jì)算。

除了以上幾種以外，還有通訊系統(tǒng)以及一些輔助設(shè)備。其中通訊系統(tǒng)的主要是控制計(jì)算機(jī)向機(jī)器人和視覺測(cè)頭傳遞控制信號(hào)。

1.2 基本工作原理

測(cè)量系統(tǒng)的工作原理如下：通過機(jī)器人帶動(dòng)著末端固定的掃描測(cè)頭，對(duì)待測(cè)物體的表面進(jìn)行掃描，由拼接相機(jī)對(duì)掃描測(cè)頭背面的激光點(diǎn)成像。再經(jīng)過對(duì)成得的像進(jìn)行處理，確定掃描測(cè)頭的位置以及空間姿態(tài)，來得到各個(gè)測(cè)站間的關(guān)系。從而得到被測(cè)物體在檢測(cè)系統(tǒng)所建立的坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)。

在整個(gè)測(cè)量過程我們應(yīng)該保證拼接相機(jī)——整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)中的重要組成部分，是一直固定不動(dòng)的。在對(duì)每個(gè)測(cè)站測(cè)量時(shí)，我們應(yīng)該保證掃描測(cè)頭背面標(biāo)記點(diǎn)的位置要一直處在拼接相機(jī)的公共視角里。一次測(cè)量結(jié)束，機(jī)器人就自動(dòng)回到起始位置，等待下一次測(cè)量。

2 系統(tǒng)方案以及測(cè)量流程

2.1 系統(tǒng)方案

我們應(yīng)該以保證產(chǎn)品的測(cè)量精度以及簡(jiǎn)化測(cè)量步驟同時(shí)滿足生產(chǎn)效率的要求，作為整個(gè)基于機(jī)器人的三維形貌自動(dòng)化測(cè)量系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的原則。

（1）因?yàn)樵跍y(cè)量過程中，掃描測(cè)頭的測(cè)量范圍較為有限，所以我們要采用分區(qū)域進(jìn)行多次測(cè)量的方法來完成對(duì)待測(cè)物體的測(cè)量。具體操作分為兩個(gè)步驟完成：第一，獲取測(cè)量的單元數(shù)據(jù)；第二，將獲取的單元數(shù)據(jù)通過轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換到同一個(gè)基準(zhǔn)坐標(biāo)系下。（2）通過對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的布局安排以及對(duì)測(cè)量過程的了解，我們將每個(gè)測(cè)站的工作順序確定如下：1）機(jī)器人走位；2）拼接相機(jī)對(duì)標(biāo)記點(diǎn)成像；3）測(cè)頭掃描被測(cè)物體；4）運(yùn)動(dòng)到下一位置或者返回初始位置。（3）在測(cè)量過程中，測(cè)量系統(tǒng)還會(huì)受到待測(cè)產(chǎn)品幾何尺寸的影響。所以，我們應(yīng)該保證待測(cè)產(chǎn)品處在工業(yè)機(jī)器人機(jī)械手能觸及的范圍內(nèi)。同時(shí)還應(yīng)該保證，視覺測(cè)頭背面的標(biāo)記點(diǎn)最少有三個(gè)處在拼接相機(jī)的視角范圍中的。

2.2 測(cè)量流程

整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)流程，我們可以總結(jié)為以下幾個(gè)步驟：

（1）測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)入初始狀態(tài)。利用相關(guān)的設(shè)備將待測(cè)產(chǎn)品固定在測(cè)量平臺(tái)上面，再利用機(jī)器人編程控制器來規(guī)劃好測(cè)量的路徑，并使得機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到初始位置。

（2）測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)入測(cè)量狀態(tài)。運(yùn)動(dòng)平臺(tái)帶動(dòng)視覺測(cè)頭到達(dá)指定位置，利用拼接相機(jī)對(duì)激光標(biāo)記點(diǎn)成像，再通過電機(jī)帶動(dòng)線激光器掃描被測(cè)物體，最后由視覺測(cè)頭對(duì)該區(qū)域成像。在完成當(dāng)前測(cè)站的測(cè)量之后，利用運(yùn)動(dòng)平臺(tái)將掃描測(cè)頭帶動(dòng)到下一個(gè)新的測(cè)站，重新開始工作過程與前一個(gè)測(cè)站的工作過程是相同的。

對(duì)工業(yè)產(chǎn)品全部區(qū)域的進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)束之后，還要使得測(cè)量系統(tǒng)回到初始狀態(tài)，利用測(cè)量軟件對(duì)待測(cè)產(chǎn)品進(jìn)行圖像處理，從而計(jì)算出三維坐標(biāo)系中的物點(diǎn)三維坐標(biāo)，這才是一個(gè)完整的測(cè)量流程。

測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量過程如圖1所示。

3 結(jié)語(yǔ)

制造業(yè)是一項(xiàng)影響我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的行業(yè)，提高制造業(yè)的制造技術(shù)也是一項(xiàng)迫在眉睫任務(wù)。最近幾年，視覺測(cè)量技術(shù)有著非常顯著的特點(diǎn)，用其非接觸、測(cè)量精度高以及測(cè)量速度快的優(yōu)點(diǎn)，得到了快速的發(fā)展，成為了解決先進(jìn)制造業(yè)中用來測(cè)量問題的最具有前途的技術(shù)，還擁有著巨大的發(fā)展空間。

參考文獻(xiàn)：

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