力控主导、视觉与激光确定参考坐标的多传感器协同控制体系(中)

激光传感器（激光雷达或激光测距仪）则负责局部参考坐标的精准校准与细节定位，凭借厘米级测距精度，将视觉系统输出的二维坐标映射为三维空间坐标，并修正视觉定位的固有误差：通过激光点云扫描目标关键特征区域，提取特征点的三维空间坐标（如装配孔位的中心三维坐标、工件表面的轮廓点坐标），结合相机与激光雷达的空间标定关系，将视觉识别的二维目标坐标转换为全局坐标系下的三维参考坐标；针对视觉系统受光照、遮挡影响导致的定位偏差，激光传感器可通过高密度点云数据进行补充校准，例如在强光反射场景中，视觉系统无法清晰识别目标边缘，激光雷达可通过轮廓点云精准定位目标边界，修正参考坐标；此外，激光传感器还可实时监测执行机构与目标的相对距离，为力控系统提供接近阶段的安全距离参考，避免快速接近导致的碰撞损伤。力控主导、视觉与激光确定参考坐标体系的核心协同逻辑体现在“基准建立-精准定位-力控作业-动态修正”的全闭环流程中，具体可分为五个关键环节：一是全局基准建立阶段，视觉系统采集全局环境图像，通过视觉SLAM构建全局地图，确定执行机构的全局参考坐标原点，同时识别作业目标并输出二维粗定位坐标；二是局部精准定位阶段，激光传感器根据视觉粗定位结果，聚焦目标关键区域进行点云扫描，提取三维特征坐标，结合时空同步与空间标定数据，将其转换为全局坐标系下的精准参考坐标（如作业起始点坐标、目标特征中心坐标），并传输给力控系统作为作业基准；三是力控接近阶段，力控系统以激光提供的安全距离参考为依据，控制执行机构向目标缓慢接近，避免碰撞；四是力控作业阶段，执行机构到达参考坐标起始点后，力控系统实时采集接触力信号，通过力控算法动态修正运动轨迹，确保接触力稳定跟踪预设目标，同时视觉与激光系统持续监测执行机构与目标的相对位置，实时更新参考坐标，为力控调节提供空间约束；五是动态优化阶段，将视觉、激光的定位偏差与力控系统的力跟踪误差进行融合分析，优化力控算法参数与定位策略，提升后续作业精度。这一协同流程既保障了力控作业的精准性，又通过视觉激光的定位约束避免了力控“盲调”问题，实现了空间定位与力控调节的深度协同。该技术体系的核心优势相较于其他融合架构更为突出，主要体现在三个方面：一是接触作业精度高，力控主导确保了接触力的精准控制，视觉与激光的协同定位为力控提供了毫米级甚至亚毫米级的参考坐标基准，两者结合使作业精度（如装配间隙、磨削深度、手术切口精度）可达±0.01mm，满足精密作业需求；二是环境适应性强，激光传感器的抗光照、抗遮挡特性与视觉系统的全局语义感知能力互补，确保复杂环境下参考坐标的稳定输出，力控系统则可通过动态调节适应目标的微小形变与位置波动，提升系统鲁棒性；三是作业安全性高，视觉与激光提供的安全距离参考与实时定位监测，配合力控系统的过载保护机制（当接触力超过预设阈值时立即停机或回退），可有效避免作业过程中的碰撞损伤，尤其适用于医疗、航空航天等高危精密作业场景。