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焊縫尋位系統標定技術-焊縫尋位系統坐標系組成

發布時間：2021-11-02

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焊接系統中為了精確獲得焊接工件的三維點云數據，并將掃描系統下的坐標數據轉換到機器人基礎坐標系下，就需要對三維掃描儀、焊槍及機械臂三者的位姿關系進行標定。本篇文章先介紹機器人焊縫尋位系統坐標系的組成，在此基礎上，分別介紹了雙目系統標定、 TCP 標定及手眼標定。所謂雙目標定，即標定出三維掃描儀內部兩個相機的內外參。作為機械臂的工具坐標（TCP），焊槍被固定在機械臂末端法蘭處，焊槍標定即 TCP 標定的目的就是將機械臂末端坐標系下的坐標轉換到焊槍坐標系下。通過手眼標定，可以求解出相機坐標系和機器人工具坐標系之間的關系，從而將機械臂系統和三維掃描系統統一起來。

焊縫尋位系統坐標系組成

本文所述的焊縫尋位系統由四個坐標系組成，分別為機械臂基礎坐標系( ) ,, b b b x y z 、機械臂末端坐標系( ) ,, e e e x y z 、工具坐標系（TCP，即焊槍坐標系）( ) ,, t t t x y z 以及相機坐標系( ) ,, c c c x y z ，圖 2-1 為系統坐標系組成示意圖。

其中，機器人底座固定在地面不動，相機和焊槍均固定在機械臂末端，可隨其任意移動，且相機和焊槍與機械臂末端法蘭均為剛性連接，因此工具坐標系、相機坐標系和機械臂末端坐標系三者之間的位姿關系是固定不變的。一般來說，工業機器人的末端坐標系相對基礎坐標系的位姿關系可以從機器人系統獲得。因此本文需要依次進行雙目相機標定、TCP 標定及手眼標定。通過雙目標定得到相機的內外參，從而確定相機坐標系，因此需要優先進行。在本文所述的焊縫尋位系統中，以焊槍末端作為機械臂的工具中心點 TCP，通過 TCP 標定即可得到系統的工具坐標系相對機器人坐標系的位姿關系。最后通過手眼標定實現相機坐標系相對工具坐標系的位姿轉換，從而完成整個系統的坐標轉換