近年來(lái)三維視覺(jué)測(cè)量技術(shù)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)制造及產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)領(lǐng)域中,隨著測(cè)量精度及效率的提高,目前已成為非接觸測(cè)量方法的主要手段,也將是未來(lái)的工業(yè)檢測(cè)領(lǐng)域的主流趨勢(shì)。在針對(duì)大型復(fù)雜形貌物體的三維檢測(cè)中,傳統(tǒng)的線結(jié)構(gòu)光傳感器與位移平臺(tái)的結(jié)合由于工作空間和位姿的限制無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)物體表面的有效測(cè)量,將工業(yè)機(jī)器人與線結(jié)構(gòu)光傳感器結(jié)合能夠消除這種限制,實(shí)現(xiàn)任意位姿下對(duì)物體表面的三維掃描與檢測(cè)。然而在物體三維掃描過(guò)程中,由于被測(cè)物體表面形貌復(fù)雜,以及傳感器量程范圍的限制,使機(jī)器人三維掃描路徑的規(guī)劃較為困難,測(cè)量設(shè)備操作繁瑣。因此,研究一種能夠智能規(guī)劃三維掃描路徑的方法對(duì)基于線結(jié)構(gòu)光視覺(jué)的機(jī)器人三維測(cè)量系統(tǒng)具有十分重要的意義。針對(duì)以上問(wèn)題,本文在傳統(tǒng)的機(jī)器人線結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加以改進(jìn),提出一種基于深度相機(jī)感知的智能化測(cè)量方法,解決復(fù)雜形貌物體三維掃描軌跡規(guī)劃問(wèn)題,進(jìn)一步提高設(shè)備測(cè)量效率。并對(duì)測(cè)量系統(tǒng)模型、點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理、掃描軌跡規(guī)劃等進(jìn)行深入的理論和實(shí)驗(yàn)研究,主要研究?jī)?nèi)容如下:首先對(duì)機(jī)器人線結(jié)構(gòu)光測(cè)量系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析,通過(guò)修正D-H法建立機(jī)器人正運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,計(jì)算六自由度工業(yè)機(jī)器人各桿件的修正D-H參數(shù),分析線結(jié)構(gòu)光傳感器數(shù)學(xué)模型。對(duì)Eye-in-Hand手眼標(biāo)定方法進(jìn)行研究,將標(biāo)準(zhǔn)球的球心坐標(biāo)作為空間固定點(diǎn),控制機(jī)器人做四次平移和六次變位姿運(yùn)動(dòng)測(cè)量球心坐標(biāo),計(jì)算機(jī)器人末端坐標(biāo)系到傳感器坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換矩陣。通過(guò)PCL點(diǎn)云庫(kù)對(duì)掃描點(diǎn)云的處理與三維曲面重構(gòu)算法進(jìn)行分析和研究,采用統(tǒng)計(jì)濾波器的方法剔除稀疏異常值,并通過(guò)體素柵格的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)降采樣,完成點(diǎn)云數(shù)據(jù)的預(yù)處理。分析基于KD-tree的點(diǎn)云數(shù)據(jù)索引及點(diǎn)云法向量的計(jì)算方法,采用貪婪投影三角化曲面重構(gòu)算法實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的三維重構(gòu)。研究基于Kinect深度相機(jī)感知的掃描軌跡規(guī)劃方法,對(duì)深度相機(jī)的測(cè)量原理進(jìn)行分析,并對(duì)Eye-to-Hand手眼標(biāo)定算法進(jìn)行理論研究和分析,實(shí)現(xiàn)機(jī)器人基坐標(biāo)系到深度相機(jī)坐標(biāo)系的位姿關(guān)系的標(biāo)定。提出一種基于深度相機(jī)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的機(jī)器人掃描軌跡規(guī)劃方法,通過(guò)點(diǎn)云直通濾波、點(diǎn)云平面分割以及點(diǎn)云切片的方法實(shí)現(xiàn)三維掃描路徑點(diǎn)的計(jì)算。對(duì)本文提出的測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),完成了系統(tǒng)平臺(tái)的搭建,編寫了線結(jié)構(gòu)光傳感器數(shù)據(jù)采集軟件,以及點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集程序,實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人關(guān)節(jié)角數(shù)據(jù)與傳感器輪廓數(shù)據(jù)的同步采集與處理,以及掃描完成后的點(diǎn)云顯示功能。通過(guò)PCL點(diǎn)云庫(kù)實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理與三維重構(gòu)算法,并與商用軟件進(jìn)行對(duì)比。對(duì)基于深度相機(jī)感知的三維掃描路徑規(guī)劃方法通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的有效性。將實(shí)驗(yàn)測(cè)得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)與CAD模型比較進(jìn)行精度分析,得出掃描數(shù)據(jù)的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)偏差優(yōu)于0.46mm,對(duì)本文提出的測(cè)量系統(tǒng)的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TP242
【部分圖文】：

如圖 1-1a)和圖1-1b)所示，其具有測(cè)量精度高的優(yōu)點(diǎn)，但也存在操作復(fù)雜、測(cè)量速度慢和依賴操作人員經(jīng)驗(yàn)等限制，且對(duì)于一些表面十分脆弱的精密零件，接觸式測(cè)量的方式可能會(huì)對(duì)精密零件的表面產(chǎn)生劃痕，而在這種情況下需要采用非接觸測(cè)量的方式。非接觸測(cè)量目前在三維測(cè)量領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛，常用的方法有多目視覺(jué)、點(diǎn)結(jié)構(gòu)光、線結(jié)構(gòu)光和編碼結(jié)構(gòu)光等，如通過(guò)激光雷達(dá)進(jìn)行室內(nèi)地圖重建[6]、機(jī)器人結(jié)合視覺(jué)的方式進(jìn)行逆向工程[7]。非接觸測(cè)量方式盡管存在限制，例如對(duì)被測(cè)物

a) 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī) b) 多關(guān)節(jié)式柔性測(cè)量機(jī)圖 1-1 接觸式測(cè)量設(shè)備三維表面測(cè)量技術(shù)在工業(yè)和科研領(lǐng)域的快速發(fā)展，工業(yè)制造向工程技術(shù)得以快速發(fā)展，尤其在航空航天、精密制造、模效率、復(fù)雜形貌的逆向工程技術(shù)的需求越來(lái)越高[8]。為實(shí)現(xiàn)能化逆向工程，結(jié)合工業(yè)機(jī)器人與結(jié)構(gòu)光掃描技術(shù)，如圖公司生產(chǎn)的協(xié)作式機(jī)器人與Faro公司生產(chǎn)Creaform結(jié)構(gòu)光傳質(zhì)量檢測(cè)。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士論文業(yè)機(jī)器人末端，研究基于線結(jié)構(gòu)光視覺(jué)的機(jī)器人三模型在軟硬件平臺(tái)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)器人結(jié)合，設(shè)計(jì)一種通過(guò)深度相機(jī)感知的機(jī)器人智能三維掃方法中需要手動(dòng)編程設(shè)置機(jī)器人掃描路徑的問(wèn)題，描得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)通過(guò)相關(guān)點(diǎn)云處理算法進(jìn)行三維系統(tǒng)的點(diǎn)云處理與重構(gòu)的方法。本文系統(tǒng)平臺(tái)概念圖

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