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龙图腾网恭喜电子科技大学申请的专利一种机器人路径规划式自动三维扫描测量方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN116412776B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-06-10发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202310261035.X，技术领域涉及：G01B11/24；该发明授权一种机器人路径规划式自动三维扫描测量方法是由殷春;闫中宝;高延;李致博;陈凯;杨澳琳设计研发完成，并于2023-03-17向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种机器人路径规划式自动三维扫描测量方法在说明书摘要公布了：本发明公开了一种机器人路径规划式自动三维扫描测量方法，首先搭建虚拟仿真环境；然后在虚拟仿真环境上完成测量位姿以及测量路径的设置并对测量路径进行路径评价；然后在现实测量环境中完成结手眼标定，实体机器人承载结构光测量仪依次到达所设置的测量位姿处进行拍摄，获取多视角的点云图像；之后根据手眼标定结果，通过坐标系转换将多视角点云统一到机器人基座坐标系下完成点云粗拼接过程，最后在漏拍处对漏拍点云进行补全。本发明通过虚拟仿真平台进行机器人路径规划有效降低了多视角测量的试错风险，通过将点云转换到机器人基座坐标系下完成点云粗配准，为后续的精配准过程提供了良好的先验条件，减轻了后续配准任务的负担，提高了结构光测量仪的工作效率，缩短了任务周期。

本发明授权一种机器人路径规划式自动三维扫描测量方法在权利要求书中公布了：1.一种机器人路径规划式自动三维扫描测量方法，其特征在于，包括：1、虚拟仿真环境搭建1.1、根据现实测量环境，在装有开源机器人系统的计算机上搭建虚拟仿真环境，并将机器人的描述文件导入到虚拟仿真环境中，生成相应的机器人，同时，在虚拟仿真环境中，将结构光测量仪以及深度相机安装在机器人末端法兰盘的固定夹具上；1.2、对被测物进行仿真，并放置于机器人和结构光测量仪的正前方，确定结构光测量仪对被测物进行拍摄的多个测量面以及每个测量面存在的多条测量路径，其中，第k个测量面的第i条测量路径记为kSik＝1,2,...,K,i＝1,2,...,Mk，其中，K为测量面的个数，Mk为第k个测量面上测量路径的条数，同时每一条测量路径上还包含多个测量点，被测物第k个测量面上的第i条路径中的第j个测量点即测量位姿记为kPij,j＝1,2,...,Nk，Nk为第k个测量面测量路径上测量位姿的数量；结构光测量仪的视野范围为长m厘米，宽n厘米大小的矩形，被测物第k个测量面的外接矩形长为ka，宽为kb，测量路径为沿长度方向，一条条的纵向路径，则需要满足约束：同一测量面上的测量路径条数Mk≥kam，同一测量路径上的测量点数Nk≥kb，根据这一约束，得到第k个测量面的第i条测量路径的第j个测量位姿kPij,j＝1,2,...,Nk；2、测量路径规划2.1、对于第k个测量面的第i条测量路径，首先在虚拟仿真环境中，拖拽机器人末端到测量位姿kPij，其中，测量位姿kPij为kPxij,kPyij,kPzij,kRxij,kRyij,kRzij，kPxij,kPyij,kPzij为机器人末端的位置坐标，kRxij,kRyij,kRzij为机器人末端的姿态坐标；2.2、在机器人的测量位姿kPij处，通过使用深度相机采集被测物图像，得到RGB-D图像并转换为灰度图像后，进行阈值分割过滤背景，再提取被测物轮廓信息，得到被测物轮廓所在的最小外接矩形之后在RGB-D图像相对应的最小外接矩形范围中遍历所有像素点的深度信息d，找到被测物与结构光测量仪之间的最短距离dmin，同时记录下最短距离的像素点坐标au,v，然后判断最短距离dmin是否满足结构光测量仪的测量范围：dmin∈[D-δ,D+δ]，其中，D为结构光测量仪进行相机标定时的焦距，δ为结构光测量仪测量允许的误差范围；若不满足，则进入步骤2.3，对测量位姿进行调整，若满足，则进入步骤2.4；2.3、将像素点坐标au,v经过坐标系转换获得与其相对应的空间坐标xu,v,yu,v,zu,v，然后结合机器人末端的位置坐标kPxij,kPyij,kPzij确定一条空间直线： 其中，x,y,z为空间直线上的坐标；然后，从位置坐标kPxij,kPyij,kPzij起，沿着该空间直线，计算得到一个位置坐标满足测量条件： 得到满足测量条件的位置坐标之后，结合原有的位姿坐标kRxij,kRyij,kRzij，组成一个更新测量位姿kPij即根据测量位姿kPij，由机器人运动学逆解出机器人对应关节状态，实现位姿调整；2.4、将测量位姿kPij记录下来，返回步骤2.1，进行下一个测量位姿kPij+1设置，直到测量路径kSi所有测量位姿kPij的最短距离dmin判断完毕，然后，进入步骤3，其中，在进行下一个测量位姿kPij+1设置前，如果：A、测量位姿kPij+1设置在机器人自由度退化，逆运动学无解的空间位姿，即奇异点附近时，为了保证机器人运动的流畅性需要设置一个过渡点来避开机器人的奇异点；B、当被测物的形貌不规则，被测物表面有凸起时，为了获得更好的测量效果以及避免在机器人承载结构光测量仪运动的过程中与不规则被测物相碰撞，在测量位姿kPij+1设置时需要考虑机器人实际的测量位姿以及被测物的形貌特征，在测量位姿kPij和测量位姿kPij+1之间设置一个过渡点过渡点处不需要进行距离检测以及调整，过渡点为人为地对机器人的测量路径进行调整；2.5、对测量路径kSi进行路径评价所有测量位姿以及所有过度点构成一条完整的测量路径kSi，对测量路径kSi进行路径评价，步骤如下：步骤2.5.1、在虚拟仿真环境中执行测量路径kSi，机器人将从测量位姿kPi1连续地运动到测量位姿将运动过程进行等时间采样记录过程点集合构成机器人的实际运动路径为在测量路径kSi中，其起始位置坐标为kPxi1,kPyi1,kPzi1,终止位置坐标为则终止位置与起始位置之间的最短距离为： 在实际运动路径中，其起始位置坐标为终止位置坐标为则机器人实际运动的长度为： 两式相减可得：L＝l2-l1则评价函数f1L表示为：f1L＝δ1-Lδ1,0≤L≤δ1，式中δ1为设置的最大误差阈值；步骤2.5.2、在机器人的实际运动路径中找到一位姿到被测物质心坐标Pxobj,Pyobj,Pzobj的距离l3最小，则距离l3表示为： 则评价函数f2l3表示为：f2l3＝l3-δ2l3其中，δ2为保证结构光测量仪与被测物不碰撞的最小距离；2.5.3、对于测量路径kSi的综合评价函数kFi为： kFi＝0.5f1L+0.5f2l3*100根据综合评价函数kFi对所设置的测量路径进行评价，当综合评价函数kFi＞g时通过评价，进入步骤2.7，否则进行步骤2.6，其中g为根据不同测量场景由测量人员人为定义的阈值，0＜g＜100；2.6、遍历测量路径kSi中的所有位姿，找到与位姿距离最近的位姿kPis，之后将机器人运动到测量位姿kPis处，拖拽机器人末端手动增加当前机器人测量位姿与被测物之间的距离dmin，如果位姿kPis是测量位姿，则调整范围仍需满足结构光测量仪的测量条件：dmin∈[D-δ,D+δ]，如果位姿kPis是过渡点，需要根据过渡点的设置条件调整距离dmin，调整后的位姿替换位姿kPis，从而完成对测量路径kSi的修正，然后进入步骤2.7；2.7、对所有测量面的所有测量路径按照步骤2.1到2.6进行处理，完成测量路径规划仿真，将规划好的测量路径转换为机器人能够识别的通信报文由虚拟仿真环境发送给实体机器人；3、现实环境测量3.1、进行手眼标定，得相机坐标系相对于机器人末端法兰坐标系的旋转平移矩阵即手眼关系矩阵Hcg；3.2、完成手眼标定后，开始对被测物进行测量，实体机器人接收到由虚拟仿真环境发送的测量路径后，依次运动到测量位姿kPij处；3.3、在到达测量位姿kPij处时，实体机器人将测量位姿kPij发送给结构光测量仪，通过双目视觉相机获取当前测量位姿处被测物的单视角点云kIij，并使用手眼关系矩阵Hcg、根据测量位姿获得的机器人末端法兰坐标系到机器人基座坐标系的位姿矩阵将单视角点云kIij转换到机器人基座坐标系下；3.4、重复步骤3.2、3.3，得到机器人基座坐标系下的被测物点云IB即被测物点云粗拼接结果，然后观察点云IB是否完整即是否存在漏拍的现象，若发生漏拍则按照以下步骤进行补拍：3.4.1、对于漏拍点云位置，确定与漏拍点云位置相邻的两幅点云kIij、kIij+1，进而确定机器人的测量位姿kPij与kPij+1，最后确定漏拍位置实体机器人的测量位姿 3.4.2、操作实体机器人到达测量位姿获取当前测量位姿处被测物的单视角点云，并根据步骤3.3将单视角点云转换到机器人的基座坐标系下，完成漏拍点云的补全。

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