基于点云匹配的机器人鞋底喷胶轨迹研究

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在机器人鞋底喷胶系统的研发过程中,如何获取鞋底的实时喷胶轨迹是一大技术难点。随着鞋类产品个性化需求的增多,鞋底结构越发复杂多变,这对喷胶系统的鞋型通用性提出了更高的要求。现有喷胶系统多从喷胶工艺出发,结合机器视觉的方法来获取鞋底的实时喷胶轨迹。但喷胶工艺因鞋而异,很难用一套硬件系统去满足所有的工艺变化,这导致企业需要额外的生产线去实现特殊工艺鞋型的生产,增加了制造成本。因此寻找一种新的实时喷胶轨迹获取方法,实现喷胶工艺与喷胶系统的分离,对提高喷胶系统的鞋型通用性显得很有意义。针对这一问题,本文提出了一种基于点云配准的鞋底喷胶轨迹获取方法。该方法通过点云配准技术,利用离线标准喷胶轨迹生成在线实时喷胶轨迹。本文主要研究内容及相关成果如下:(1)完成实时鞋底点云模型的重建。构建了基于单目线结构光的三维重建系统;完成相机内参矩阵、相机畸变系数、激光平面参数以及运动方向的标定;实现了激光图像中光条中心特征点的提取;利用光条中心特征点完成了实时鞋底点云模型的重建。(2)利用主成分分析法和迭代最近点法实现点云模型的配准。利用主成分分析法获取鞋底点云模型主成分方向,统一标准鞋底点云模型与实时鞋底点云模型的参考坐标系,实现点云的粗配准;采用迭代最近点法实现点云精配准,使得点云模型之间的相对位姿差足够小。(3)获取鞋底实时喷胶轨迹。在标准鞋底点云模型上选取路径点,采用B样条拟合,获取标准鞋底喷胶轨迹S。在S的基础上,利用配准矩阵和位移补偿,获取鞋底的实时喷胶轨迹;采用S型速度曲线规划对机器人进行速度规划,利用位置插补算法实现末端的位置规划,采用球面线性插值实现末端的姿态规划。(4)搭建实验平台、对机器人进行手眼标定并完成喷胶轨迹测试。在EyeTo-Hand模型的基础上,结合平台结构的特殊性,提出了针对本系统的机器人手眼标定方法;搭建了机器人喷胶系统的实物平台,并对喷胶轨迹进行了实验测试。最终实验结果表明,在脱离某一特定喷胶工艺的情况下,本文提出的方法同样很好地实现了鞋底实时喷胶轨迹的获取。该方法有效实现了喷胶工艺与喷胶系统的分离,提高了喷胶系统的鞋型通用性。
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