[发明专利]基于线结构光扫描的长圆柱形物体三维识别与定位方法

摘要

本发明面向机器人自动上料，提出了一种基于线结构光扫描的长圆柱形物体三维识别与定位方法：利用结构光测量传感器以固定步长分m次轴向扫描料箱中的长圆柱形物体表面，得到m个剖面的结构光测量数据；对每个剖面的结构光测量数据分别进行数据分割，使得属于同一物体的数据分割在一段圆弧中；对每段分割数据进行圆弧拟合，得到圆心坐标；匹配m个剖面的每个圆弧圆心，使得属于同一物体的圆弧匹配在一起；通过线性插值算法计算物体的三维坐标；确定抓取物体的标号。本发明可以实现长圆柱形物体三维坐标的在线、实时、自动、非接触测量，测量速度快、精度高；对物体自身约束小，半径和长度可以随意变化；料箱中物体摆放位置随意，可以倾斜、交叉等；对噪声具有鲁棒性。

主权项

1.一种基于线结构光扫描的长圆柱形物体三维识别与定位方法，用于实现料箱中长圆柱形物体位置的测量，其特征在于，包括以下步骤：利用线结构光测量传感器对料箱中的长圆柱形物体以固定步长分m次进行轴向扫描，得到m个剖面的结构光测量数据；对每个剖面的结构光测量数据分别进行数据分割，使得属于同一物体的数据分割在一段圆弧中；对每段分割数据进行圆弧拟合，得到圆心坐标；根据同一物体上的圆弧应满足的约束条件，匹配m个剖面的圆弧圆心；利用线性插值算法计算长圆柱形物体的三维坐标；确定抓取的物体标号；所述圆弧拟合采用高斯‑牛顿迭代法进行，目标函数为：f(x0,z0)＝(x‑x0)2+(z‑z0)2‑r2               (8)其中，x、z为圆弧上的数据点坐标，x0、z0为圆弧圆心坐标，即为待求参数，其求解过程如下：第一步：设置x₀、z₀的初始值其中，xk为圆弧上x方向上的第k个数据，n为圆弧上的数据量，zk为圆弧上数据z方向上的最大值，r为圆弧半径；第二步：对函数f(x0,z0)求二阶偏导数，即同时令b11Δ1+b12Δ2＝B1                       (16)b21Δ1+b22Δ2＝B2                       (17)其中，fk为圆弧上第k个数据的目标函数值，Δ1、Δ2分别为圆心坐标的增量，根据式(16)、(17)，可得：第三步：更新x0、z0，即：其中，分别为第i‑1次迭代时的圆弧圆心坐标，分别为第i次迭代时的圆弧圆心坐标；第四步：计算均方误差：如果MS＜T，T为最大均方误差值，停止迭代，得到圆弧圆心坐标x0、z0；否则转到第二步。