随着我国经济及机器人技术的高速发展,机器人在工业生产及日常生活中的应用日益广泛。为了提高生产效率,满足工业生产线上不断增加的自动化需求,将机器视觉技术与机器人技术相结合,为机器人提供视觉定位与加工引导成为了目前机器人领域的研究热点。本文将3D视觉技术应用到机器人领域中,针对机器人对其工作场景中以随机位姿摆放的复杂表面物体的定位问题进行研究,设计了一种基于线激光轮廓仪的机器人3D视觉定位系统,并进行实验验证。主要研究工作如下:首先提出了本文机器人3D视觉定位系统的总体设计方案,并使用KUKA工业机器人和SmartRay线激光轮廓仪以“眼在手上”的安装方式搭建了该系统的硬件平台。接着,研究了使用PC作为上位机对机器人进行运动控制的方法,以及系统开发过程中所用软件及开发包的使用方法。为了获得线激光轮廓仪与机器人末端之间的坐标系变换关系,提出了一种基于标准球的固定点多位姿方法对系统进行手眼标定,并使用MATLAB的GUI功能开发了手眼标定软件。接着,使用XYZ-四点法和ABC-世界坐标法进行了机器人工具坐标系标定,得到了机器人末端与其末端所安装的工具之间的坐标系变换关系。使用机器人带动线激光轮廓仪对待定位的目标物体进行多次扫描,得到物体在多个视角下的局部点云。将各局部点云融合,完成三维重建以得到物体的点云模板,并使用贪婪投影三角化算法基于点云模板进行曲面重建得到物体的曲面模型。接着,阐述了本文机器人3D视觉定位系统的定位原理。并提出了基于点云配准的物体位姿检测算法,以获取工作场景中目标物体与线激光轮廓仪之间的坐标系变换关系。通过实验对该算法进行验证,并将算法的运行结果作可视化处理后可看出,目标物体的点云模板与当前工作场景点云具有很好的配准效果,从而证明了该算法可行且有效。最后,通过系统精度测定实验得到了本文机器人3D视觉定位系统在x、y、z各方向上的定位误差及直线距离定位误差,证明了该系统具有较高的定位精度。再基于三维重建所得的物体曲面模型,通过物体表面轨迹点跟踪实验来模拟使用机器人进行表面加工处理的应用,并且也间接的检验了该系统的定位精度,证明系统可行且有效。