[发明专利]一种基于Kinect与三维激光协同的工件位姿在线检测方法

说明书

本发明公开了一种基于Kinect传感器与三维激光测距系统协同的工件位姿在线检测方法，应用在人机协作交互系统以及工业机器人对工作物件位姿感知的技术领域。其使用Kinect传感器与三维激光测距系统之间协同工作进行数据采集，该方法通过对获取点云的预处理、Kinect传感器与三维激光测距系统之间的联合标定和Kinect传感器与三维激光测距系统的在线检测三个部分，解决了Kinect传感器点云稀疏、数据精度不够以及三维激光测距系统精度与扫描速率存在矛盾关系的问题，有助于提升工业机器人高效准确获取工作物件的精确尺寸信息和位姿信息，并提高精度及工作效率。本发明可用在工业机器人对工作环境理解等人工智能领域。

技术领域

本发明属于人机协作交互系统以及工业机器人对工作物件位姿感知的技术领域，涉及到Kinect传感器与三维激光测距系统之间联合标定及协同检测，主要运用到Kinect传感器与三维激光测距系统协同对工作物件的位置和姿态的在线检测。

背景技术

工业机器人是集机械、电子、控制等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备，技术附加值很高并且应用范围广泛。要实现具有与人协同工作能力的新一代工业机器人系统，如何解决工业机器人对人机共享环境的建模、感知与场景理解是最根本的问题。

在复杂的工业机器人的应用场景中，单一传感器无法满足工作环境感知和场景理解等任务的需求，因而多个传感器之间的协同工作是提高工业机器人对环境感知与场景理解性能的必要手段。国内外学者已经意识到该研究领域的重要性，并开展了多传感器协同工作方向探索性的研究工作。Kinect传感器可以使用深度相机与视觉相机生成深度图像信息。(CAO Hongjun,WU Panlong,YAO Xiang，On Depth Smoothing and Fake LaserRangefinder Based on Kinect，Proceedings of the 33rd Chinese ControlConference,2014，8491-8494)Kinect传感器主要由视觉、红外发射器和红外接收器组成。Kinect传感器可以每秒30帧的速度生成深度图像信息，但其获取的点云数据相对稀疏，误差在厘米级，可以用来获取工作场景中工件粗略的位置信息和尺寸信息，却不能够准确获取工作场景中工件准确的尺寸信息和位姿信息。三维激光测距系统扫描是通过记录激光脉冲的方向及目标表面反射激光的时间来获取目标点三维坐标，(张启福，孙现申，三维激光扫描仪测量方法与前景展望，北京测绘2011年第1期)三维激光测距系统可以获取扫描物体表面的高精度点云数据集，其具有数据精度精确、测量非接触等优点。但是使用三维激光测距系统采集点云数据来构建场景的三维模型时，为了使得数据更加准确，保证对场景中的某些细节进行精确描述，所需采集的点云数据需要尽可能的多，尽可能的密集，因此精度与扫描速率存在矛盾关系。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供了一种基于Kinect传感器与三维激光测距系统协同的工件位姿在线检测方法，获取工件尺寸、位置、姿态的精确信息。Kinect传感器具有很好的实时性，可以快速的完成对场景数据的采集工作，三维激光测距系统采集的点云数据相对精细，具有很高的精度。因此，在本发明专利中将两种传感器协同使用，有效的提高了获取工作物件尺寸和位姿信息的精度和效率，并实现在线检测。如附图1所示，光学实验平台安装了Kinect传感器与三维激光测距传感器，图中1区域为Kinect传感器所能扫描的区域，2区域为三维激光测距系统所能扫描的区域，两者传感器的扫描区域均能覆盖实验平台的工作区域。

本发明主要使用Kinect传感器与三维激光测距系统，利用计算机对数据进行实时的采集及处理。使用Kinect传感器对空间中的工件进行实时的点云获取，可得到工件粗略的尺寸信息和位置信息；再将工件的初步位置检测结果转化成三维激光测距系统所要扫描的角度信息，通过CAN总线传输，使用驱动器控制电机的旋转方向和速度，将三维激光测距系统快速旋转到工件所在区域，并对其进行精确的数据获取，从而得到工件更加准确的激光点云数据。通过算法处理，可计算出工件精确的尺寸和位姿信息。

本发明的技术方案采用如下步骤：