基于多点结构光的工件定位系统研究.pdf

摘要

智能制造被视为当今和未来制造业发展新趋势。以工业机器人为主体，结合视

觉技术定位和抓取工件是柔性智能生产的重要应用。在自动化生产线机器人工件

抓取作业中，工件定位方法直接影响作业质量、效率及系统成本。传统基于线结构

光和相机的工件定位方式通常存在专用性强、成本高等特点，难以在劳动密集型产

业中推广应用。针对上述问题，将多个点结构光传感器与工业机器人相结合，研究

机器人工件定位抓取系统模型及传感器误差补偿、工件定位方法及系统标定等内

容，旨在提高机器人装配生产线的自动化程度和精度。本文主要研究内容如下：

首先，面向小家电产业自动化升级需求，研究基于多点结构光的机器人工件定

位抓取系统的构建。在系统搭建过程中，分析需求并构建系统硬件平台，并对系统

中核心测量部件进行误差补偿实验研究。同时对定位过程中的坐标系进行建立和

制定系统的工艺流程。

其次，研究基于多点结构光几何分析的工件定位方法。针对基于有限特征点的

立方体工件平面定位中存在多解性问题，利用几何分析进行归类求解。在此基础上，

建立立方体工件的定位精度模型，并通过数值样例验证上述方法可行性。

再次，研究基于多点结构光点云配准的工件定位方法。为了获取末端相对位姿

解算过程中所需的一系列标定参数，研究“眼在手上”的机器人手眼标定方法。结

合标定参数对工件表面点云进行三维重建，利用KD-treeICP算法，提出一种基于

多点结构光的机器人抓取目标位姿估计方法。

最后，搭建机器人定位抓取系统实验平台，并研究扫描线条数对工件定位精度

的影响，从而确定扫描轨迹。在此基础上，通过实验验证本文所提方法的精度与算

法效率。

关键词：工业机器人，多点结构光，机器视觉，工件定位，点云配准

ResearchonWorkpiecePositioningSystemBasedonMulti-point

StructuredLight

Abstract

Intelligentmanufacturingisregardedasanewtrendinthedevelopmentof

manufacturingindustrytodayandinthefuture.Takingindustrialrobotsasthemainbody

andcombiningvisualtechnologytolocateandgrabworkpiecesisanimportant

applicationofflexibleintelligentproduction.Intherobotworkpiecegraspingoperation

ofautomaticproductionline,theworkpiecepositioningmethoddirectlyaffectsthe

operationquality,efficiencyandsystemcost.Thetraditionalworkpiecepositioning

methodbasedonlinestructuredlightandcamerausuallyhasthecharacteristicsofstrong

specificityandhighcost,whichisdifficulttobepopularizedandappliedinlabor-

intensiveindustries.Inviewoftheaboveproblems,thispapercombinesmultiplepoint

structuredlightsensorswithindustrialrobotstostudytherobotworkpiecepositioning

andgraspingsystemmodelandsensorerrorcompensation,workpiecepositionin