[发明专利]应用于机器人搬运打磨领域的板状工件三维识别定位方法

说明书

本发明涉及应用于机器人搬运打磨领域的板状工件三维识别定位方法，在机器人末端设置结构光传感器，通过光传感器实时采集图像进行工件的三维识别定位；本发明包括以下几个部分：1、点云的获取和数据预处理；2、模板制作和路径规划；3、实时检测。本发明应用于机器人搬运打磨领域，提供了工件从上料到打磨直至分类下料整个过程中所用到的工件数据模型，为实现机器人全自动化作业提供了感知功能。

技术领域

本发明属于计算机视觉领域，具体的说涉及一种基于点云的目标识别定位算法。

背景技术

随着科学技术的发展和工业自动化水平的不断提高，机器人在各个行业中得到了广泛的应用，机器人作为工业生产系统中的一个标准部件，通过网络或者工业总线将生产线上各种设备的控制系统有效连接，形成一个综合控制系统，已成为现代生产装备的发展趋势。传统机器人工作是以“示教——再现”的方式进行，即先由操作人员引导机器人进行示教，或通过离线软件编程的方式进行示教，然后再由机器人再现示教内容。这种方式通常利用机械工具将作业目标重复的固定在示教时的位置和姿态，从而达到对目标定位的目的。这种作业目标的机械定位方式存在诸多缺点：(1)需要专门的夹具，必需随着作业目标的改变而变化；(2)接触式定位，易损伤作业目标；(3)适用的作业目标具有一定的局限性，比如很难用于柔性目标；(4)定位过程耗时长等等。

视觉定位是一种基于计算机视觉的非接触式定位技术，该技术的一般性原理是首先通过视觉传感器获取目标在空间中的信息；然后通过一系列算法识别目标并计算出目标在空间中的位置和姿态；进而结合离线标定模型计算出目标在机器人坐标系下的位置和姿态；最后通过闭环控制，引导机器人进行轨迹修整，完成预定作业。相比机械定位，视觉定位技术具有诸多优点：(1)柔性好，适用于多种作业目标；(2)非接触测量，对目标无损伤；(3)可以实时测量，反馈给机器人用于闭环控制等等。因此，视觉定位是机器人的一项关键单元技术，在机器人应用中具有举足轻重的地位。

本发明正是通过视觉传感器获取目标的三维点云信息，从而实现对大型板状工件的三维识别定位的一种方法，应用于机器人搬运打磨领域，为搬运打磨整套系统提供数据支撑。相比于已有的三维识别定位算法，该发明不仅可以高效准确的提供目标在三维空间中的信息，而且能够自动规划出机器人的打磨行走路径，在整个搬运打磨系统中是至关重要的一环。多年来，中国科学院沈阳自动化所结合实际工程应用背景，在光电信息处理和机器人智能制造领域，取得了一系列研究成果。本发明是在已有的科研成果基础上，大胆创新，经过反复验证，提出了一种全新的板状工件三维识别定位算法，在实际的工业生产中，具有重要意义。

发明内容

一种应用于机器人搬运打磨领域的板状工件三维识别定位方法，其特征在于能够将在料箱中摆放的多垛大型板状工件逐一识别定位，计算出工件在三维坐标下4个自由度(x、y、z和Rz)的位置和姿态，建立工件的数据模型，为后续打磨等机器人操作规划路径，从而引导机器人以相应的位姿进行识别抓取和分类，根据规划的路径对工件进行打磨。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

应用于机器人搬运打磨领域的板状工件三维识别定位方法，其特征在于：在机器人末端设置结构光传感器，通过光传感器实时采集图像进行工件的三维识别定位；包括以下步骤：

点云的获取和数据预处理：通过控制机械手带动结构光传感器在不同类型的工件上逐行扫描，将结构光传感器获取的多行三维数据进行拼接，形成工件的点云数据；

模板制作和路径规划：每个类型选取一个工件的点云数据作为该型号工件的模型，通过扫描得到该工件的模板点云数据，用模板点云数据创建模板，该模板包括唯一描述该型号工件的模型信息。

实时检测：通过控制机械手带动结构光传感器扫描得到待测工件的点云数据，通过模板匹配得出待测工件信息，包括型号、位姿、打磨路径，将待测工件信息组成工件的实时场景模型信息发送给机器人，用于引导机器人抓取。

所述点云的获取和数据预处理包括以下步骤：