基于结构光的鞋底信息提取与机器人喷胶轨迹生成方法的研究

摘要

随着生活水平的提高,人们对皮鞋的品质、舒适度和个性化等方面提出了更高的要求,优质的皮鞋符合个人的足部受力特征。在此背景下,个性化制鞋的需求逐渐增大。近年以来,国内制鞋产业发展迅速,但整体实力大而不强。目前,制鞋中的鞋底涂胶工艺处于半自动化甚至人工操作的水平,严重影响了皮鞋的品质,个性化制鞋更加无从谈起。论文的研究结合了结构光视觉和工业机器人技术,研究鞋底信息提取与机器人喷胶轨迹生成方法,提供了制鞋自动化喷胶工艺的理论基础,将有助于提高制鞋效率,提升鞋类成品的质量,推动个性化制鞋的发展。
　　 针对线结构光在鞋底自动喷胶中的应用,分析了结构光视觉检测的基本原理和透视投影转换模型。在此基础上,制作了棋盘靶标,采用Harris角点提取算法和灰度平方重心法,获得了X型角点的子像素级坐标,并根据摄像机的透视投影模型和机器人的手眼模型,标定了摄像机的内、外参数和机器人的手眼关系,标定误差小于0.3个像素;利用得到的标定参数,重构了鞋底光条中心点的三维坐标,获得了鞋底的基本信息--点云数据。
　　 为实现机器人的鞋底自动喷胶,提出了一种喷胶轨迹生成的方法。首先采用B样条拟合的方法,将点云数据转换成空间三维扫描线,然后提取所有扫描线的端点组成点集Q,采用B样条曲线插值算法生成鞋底的轮廓曲线,最后近似计算轮廓曲线的偏置曲线得到鞋底的喷胶轨迹。在VC++6.0编译环境下开发了软件,计算时间少于6s,实时性满足了要求。喷枪的控制借助St(a)ubli RX60机器人完成,通过轨迹线的离散化,计算出工作点和位置变量,并传递给机器人控制程序,实现了喷枪的运动控制,其运行路径与喷胶轨迹基本相符,从而验证了本方法的可行性。