一种基于三维点云的安全定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于三维点云的安全定位方法，包括以下步骤：S1、三维点云定位：建立待测物体所处现实坐标系，将所述三维点云转换成所述现实坐标系表示；S2、三维点云限位：根据所述待测物体形状及坐标，确定位于安全范围内所述三维点云位置；S3、三维点云滤波：将安全范围内的所述三维点云进一步平滑处理，排除外界光干扰。本发明专利技术提供的定位方法，设置了点云对应现实坐标的安全范围，同时进行了滤波处理，提高了点云数据精度，提高了三维点云定位方法的安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于三维点云的安全定位方法
本专利技术涉及机器视定位
，具体涉及一种基于三维点云的安全定位方法。
技术介绍
在工业自动化生产，很多会采用机械手完成工件的移动和取放，对机械手的控制中，定位及物料是否存在判断是重要一环。现有技术中，基于机器视觉定位的一种方法是在待抓取物体上设置标签信息，通过机器视觉对标签信息进行识别和定位从而驱动机械手进行抓取，这种方法需要人工参与，影响工作效率；另一种方法是通过采集待抓取物体的二维图像，通过对图像特征提取分析进行目标识别与定位，这种方法算法较为复杂，运算时间较长，且这种定位方法对于待抓取物体的表面形状较为敏感，对于不同形状的待抓取物体需要运行不同算法进行特征提取，严重影响了生产效率。在工业生产中，很多情况下抓取对象为随意堆放的工件，不针对抓取顺序时，现有技术的视觉定位方法较为复杂，应用要求高，且现有技术的视觉定位方法中很少提及安全限位，不能有效避免机械手与周围环境的碰撞，影响机械手使用寿命。
技术实现思路
本专利技术为克服现有技术中存在的视觉定位方法计算量大，应用要求高且未进行安全限位等问题，提供一种基于三维点云的安全定位方法，能够实现对随意堆放待测物体的安全定位，提高机械手的抓取效率。本专利技术提供一种基于三维点云的安全定位方法，包括以下步骤：S1、三维点云定位：建立待测物体所处现实坐标系，将三维点云转换成现实坐标系表示；S2、三维点云限位：根据待测物体形状及坐标，确定位于安全范围内三维点云位置；S3、三维点云滤波：将安全范围内的三维点云进一步平滑处理，排除外界光干扰。本专利技术提供一种基于三维点云的安全定位方法，作为优选方式，步骤S1进一步包括以下步骤：S11、三维点云获取：以激光三角法原理获取三维点云，将相对位置固定的相机和激光发生器组合为拍摄系统；S12、建立现实坐标系：以所述图像采集单元所在平面的所述抓取对象中心位置为所述现实坐标系原点，以坐标系原点指向待测物体方向为Z向，以拍摄系统移动拍摄方向为X向，根据右手定则确定Y向，拍摄系统所在平面为待测物体最高点所在平面；S13、点云坐标映射：拍摄系统捕获待测物体成像图像数目为N，单张图像分辨率行数为M，所以成像图像按拍摄顺序合成后可获得m行n列的二维矩阵A：其中：A为具有高度信息的二维矩阵；amn为二维矩阵A第m行n列点的深度值；二维矩阵A中第m行n列点在现实坐标系中具有如下表示：其中：amn为二维矩阵A第m行n列的深度值；X为起拍点到结束拍照点的距离；N为待测物体成像图像数目；M为单张图像分辨率的行数；k为成像尺寸关系中常值系数；成像尺寸关系式为：l＝ksh其中：l为实际长度；s为成像长度所占像素点数；k为常值系数；h为拍摄高度；通过待测物体的三维点云进行定位，避开了二维图像特征提取过程，适用于不同形状待测物体的定位，且简化了算法，适用性高。本专利技术提供一种基于三维点云的安全定位方法，作为优选方式，待测物体中心的确定方法为：对待测物体在XY平面的投影作外切矩形，外切矩形的对角线交点为待测物体的中心；通过外切矩形确定中心，最大限度确定了待测物体的边缘范围，为后续三维点云的安全限位提供基础。本专利技术提供一种基于三维点云的安全定位方法，作为优选方式，根据三维点云定位移动待测物体时，为避免与待测物体周围障碍物发生碰撞，对三维点云进行安全限位，结合二维矩阵A第m行n列点在现实坐标系中坐标表示，处于安全范围内点满足如下关系：其中：a为外切矩形X方向投影距离；b为外切矩形Y方向投影距离；h1为待测物体Z方向最高坐标；h2为待测物体Z方向最低坐标；amn为二维矩阵A第m行n列的深度值；X为起拍点到结束拍照点的距离；N为待测物体成像图像数目；M为单张图像分辨率的行数；k为成像尺寸关系中常值系数；通过对三维点云进行限位，缩小点云显示范围，在安全范围内进行三维点云定位，避免了机械手抓取待测物体过程中与周围障碍物的碰撞。本专利技术提供一种基于三维点云的安全定位方法，作为优选方式，步骤S3的具体操作方法为：在二维矩阵A基础上建立二维矩阵B，二维矩阵B第m行n列元素bmn符合过滤点条件时，bmn赋值为|h2|+|h1|，从而将点过滤掉；其他情况下，bmn赋值为二维矩阵A第m行n列元素amn值。本专利技术提供一种基于三维点云的安全定位方法，作为优选方式，步骤S3中符合过滤点条件是指二维矩阵B第m行n列中元素bmn处于二维矩阵B边界，即m＝1或m＝M，n＝1或n＝N；或者元素bmn与周围8个元素中任意一个元素的高度差大于Z轴安全范围|h2-h1|的五分之一，即对三维点云进行滤波，除去三维点云中边缘点和离群点，提高三维点云数据精确度，避免外界光干扰。本专利技术通过待测物体的三维点云进行定位，不受待测物体的表面形状和尺寸的影响，简化了点云算法，对于随意堆放的待测物体无序抓取时，可以有效提高抓取效率，并对三维点云进行限位和滤波，避免外界光干扰和抓取碰撞故障发生。附图说明图1为一种基于三维点云的安全定位方法流程图；图2为一种基于三维点云的安全定位方法步骤S1流程图；图3为一种基于三维点云的安全定位方法相机和激光发生器相对位置示意图；图4为现实坐标系示意图；具体实施方式实施例1如图1所示，本专利技术提供一种基于三维点云的安全定位方法，包括以下步骤：S1、三维点云定位：建立待测物体所处现实坐标系，将三维点云转换成现实坐标系表示；如图2所示，步骤S1进一步包括以下步骤：S11、三维点云获取：以激光三角法原理获取三维点云，将相对位置固定的相机和激光发生器组合为拍摄系统，相机和激光发生器相对位置如图3所示；获取三维点云包括将拍摄系统位于待测物体纵向边缘一侧开始并沿待测物体横向边缘水平移动，同时拍摄系统以固定频率连续拍摄，直至完成对待测物体完整的表面成像图像采集，将拍摄系统将得到的图片按顺序输入LabVIEW，进行畸变矫正处理；将畸变矫正处理后的图片像素矩阵提取；将矩阵以一定阈值(该阈值参数需要根据亮度设定)二值化，并进行去躁处理；提取每一行的像素值为255的点并排序，将最大列数提取带入S1的公式中得到每一行点与相机的实际距离；根据激光三角法原理拍摄高度与当前点在相机芯片上的成像点具有如下几何关系：其中：θ为当前点与成像点连线与激光线的夹角；α为相机镜头轴线与激光线的夹角；b为相机镜头中心到激光线的水平距离；a为相机芯片的1/2尺寸；f为相机的焦距；h为拍摄高度；x为成像点到芯片边界的距离；其中距离x具有如下关系：其中：u为芯片边界长度；t为成像点到图像边界的像素数；z为图像中长度方向总像素数。将多个拍照高度数据带入几何关系可推出常量b、α值，则根据x计算拍摄高度h的关系式为：S12、建立现实坐标系：以所述图像采集单元所在平面的所述抓取对象中心位置为所述现实坐标系原点，拍摄系统所在平面为待测物体最高点所在平面，以坐标系原点指向待测物体方向为Z向，以拍摄系统移动拍摄方向为X向，根据右手定则去确定Y向，即以坐标系原点指向拍摄系统方向为Y向；将处理后的所述表面成像图像按拍摄顺序合成，生成完整的待测物体表面三维点云的图像。S13、点云坐标映射：拍摄系统捕获待测物体成像图像数目为N，单张图像分辨率行数为M，所以成像图像按拍摄顺序合成后可获得m行n列的二维矩阵A：其中：A为具有高度信息的二维本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于三维点云的安全定位方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、三维点云定位：建立待测物体所处现实坐标系，将所述三维点云转换成所述现实坐标系表示；S2、三维点云限位：根据所述待测物体形状及坐标，确定位于安全范围内所述三维点云位置；S3、三维点云滤波：将安全范围内的所述三维点云进一步平滑处理，排除外界光干扰。

【技术特征摘要】
1.一种基于三维点云的安全定位方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、三维点云定位：建立待测物体所处现实坐标系，将所述三维点云转换成所述现实坐标系表示；S2、三维点云限位：根据所述待测物体形状及坐标，确定位于安全范围内所述三维点云位置；S3、三维点云滤波：将安全范围内的所述三维点云进一步平滑处理，排除外界光干扰。2.根据权利要求1所述的一种基于三维点云的安全定位方法，其特征在于：所述步骤S1进一步包括以下步骤：S11、三维点云获取：以激光三角法原理获取三维点云，将相对位置固定的相机和激光发生器组合为拍摄系统；S12、建立现实坐标系：以所述拍摄系统所在平面的所述待测物体中心位置为所述现实坐标系原点，以所述坐标系原点指向所述待测物体方向为Z向，以所述拍摄系统移动拍摄方向为X向，根据右手定则确定Y向；S13、点云坐标映射：所述拍摄系统捕获所述待测物体成像图像数目为N，单张图像分辨率行数为M，所以所述成像图像按拍摄顺序合成后可获得m行n列的二维矩阵A：其中：A为具有高度信息的二维矩阵；amn为二维矩阵A第m行n列点的深度值；所述二维矩阵A中第m行n列点在所述现实坐标系中具有如下表示：其中：amn为二维矩阵A第m行n列的深度值；X为起拍点到结束拍照点的距离；N为待测物体成像图像数目；M为单张图像分辨率的行数；k为成像尺寸关系中常值系数。3.根据权利要求2所述的一种基于三维点云的安全定位方法，其特征在于：所述待测物体中心的确定方法为：对所述待测物体在XY平面的投影作外切矩形，所述外切矩形的对角线交点为所述待测物体的...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳开轩，郭强，
申请(专利权)人：宁夏巨能机器人股份有限公司，
类型：发明
国别省市：宁夏,64