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焊接机器人双目视觉系统主要研究方向

时间：2017-11-03 来源：机器人在线阅读：7561

双目立体视觉是机器视觉的一个重要研究分支。本文在机器人末端安装2个CCD摄像机，形成“手眼”双目视觉。结合双目视觉原理和坐标转换关系实现波纹板焊缝在机器人基坐标系下的三维检测及重建。本文的主要研究内容和结论如下:

(1)本文研究了当前几种常用的摄像机标定方法，应用Matlab标定工具箱，以黑白相间的棋盘格为标定模板对单个摄像机进行了标定，获得了摄像机的内参数，并进行了摄像机反投影的误差分析，得到了准确的标定结果。双目立体视觉系统、机器人手眼关系的标定精度对波纹板焊缝的三维信息获取精度产生较大影响。

(2)本文分析了手眼标定的原理和方法。着重讨论了手眼方程AX=XB的建立以及两步法求解手眼矩阵的步骤和方法。完成了手眼标定实验，通过采集到的机器人位姿数据和图像标定数据，在Matlab环境编写手眼矩阵标定算法的求解程序，对手眼转换矩阵进行计算。对标定误差进行分析，提出了手眼矩阵求解的算法流程。

(3)针对双目视觉立体匹配的问题，本文提出了一种波纹板角焊缝特征点检测方法。充分利用激光结构光在波纹板的成像特点，应用变步长搜索和最小二乘拟合求交点方法检测焊缝特征点，该方法检测精度高、稳定性好。

(4)对波纹板焊缝进行了三维重建，并将其转换到机器人基坐标系下，进行了实时的焊缝轨迹重建。试验结果表明，采用激光双目视觉系统，能够对波纹板折线焊缝的结构特征及其焊缝转折点实现准确识别。

(5)基于VC6.0平台，编写了波纹板焊缝三维检测及重建软件系统。模块化编写图像采集卡控制、图像采集、图像处理、摄像机标定参数设置、串口通讯、三维焊缝轨迹实时重建程序，方便算法移植。

(1)本文中需要对摄像机、双目视觉系统、机器人手眼关系进行标定，虽然能够较精确的实现标定，但是各个标定过程操作复杂，步骤较多，容易造成误差传递。因此，开发操作过程简便、误差传递较小的标定算法是下一步研究的目标。

(2)机器人手眼关系的标定过程误差易积累，能够减小误差积累的手眼标定改进算法需要进一步的研究。

(3)在已获得波纹板焊缝三维坐标信息的条件下，基于位置的双目视觉机器人伺服控制器有待开发进行焊缝跟踪。

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