适用于大场景测量的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种适用于大场景测量的装置及方法，该装置包括装置固定结构、装置框架结构、光学器件定位支架、光学器件、电源与计算平台；测量方法为：根据目标材料要求选择相机及镜头、激光器、滤光片；对各机构零件进行布局及安装，相机倾斜安装，激光器垂直安装；装置图像采集及处理，获取激光纹理特征数据，通过相机自动换算得到高度数据；进行多相机采集激光纹理特征数据的拼接，得到大场景的测量数据。本发明专利技术主要用于工业机器人在大场景工作中的场景测量，通过提升机器人智能化程度，提高了生产效率及工作质量。

【技术实现步骤摘要】
适用于大场景测量的装置及方法
本专利技术涉及机器人及大场景测量技术，特别是一种适用于大场景测量的装置及方法。
技术介绍
机器人自动化技术是自动化技术发展的一个趋势。随着生产的发展，对产品的加工质量要求越来越高，同时又需要改善工人的劳动强度，目前，国内外大量应用的机器人总的来说是第一代或准二代的“示教-再现”型机器人。这种类型的机器人对于周边环境的一致性要求异常严格，其运动路径和相关工艺参数都是需要预先设置的。但是在大场景的机器人工作中，常常因为工件加工误差和装配误差等因素造成工件位置和尺寸的变化，导致机器人运动轨迹有偏差，难以满足企业对大场景制造高质量、高效率的要求，因此限制了它在很多领域的应用。为了克服制造过程中这些不确定性因素，需要设计一款用于机器人的大场景测量装置，采用大场景测量技术提高现行工业机器人在大场景工作的适应性，可广泛适用于机器人焊接、打磨、除锈、搬运、上下料等各个机器人应用领域内。国内有一部分人针对小区域的机器人场景测量装置进行了研究并取得了一定的成果，但绝大多数仍处于实验室阶段，没有实际推广于大场景工作的工业机器人现场，其主要存在以下问题：(1)无法适用于大于1米的空间高精度测量；(2)装置结构复杂，内部结构设计复杂，无法应用于工业现场；(3)安装不考虑针对大型移动式工业机器人的实际。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种适用于大场景测量的装置及方法，在工业机器人行业中机器人的场景感知能力，提升工业机器人智能化程度，并提高生产效率及工作质量。实现本专利技术目的的技术方案为：一种适用于大场景测量的装置，包括装置固定结构、装置框架结构、光学器件定位支架、光学器件、电源与计算平台；装置固定结构包括装置安装孔位；装置框架结构包括设备固定底板、装置斜拉梁和装置水平梁；光学器件定位支架包括相机支撑架、刻度滑轨、相机位置调节滑块、相机调节杆转动轴和相机角度调节杆；光学器件包括相机和激光器；电源与计算平台包括电源与计算机；所述装置框架结构中，装置斜拉梁和装置水平梁固定连接，设备固定底板和装置斜拉梁固定连接，整个装置通过装置安装孔位安装在固定桩处；所述光学器件定位支架中，相机支撑架通过相机调节杆转动轴与设备固定底板连接，通过调节相机角度调节杆的长短，调整相机支撑架与设备固定底板之间的角度；刻度滑轨与相机支撑架连接，相机位置调节滑块可在刻度滑轨上进行移动；所述光学器件中，相机设置在相机位置调节滑块上；激光器固定在设备固定底板上，设备固定底板相应位置设有孔洞用于激光器透过激光；所述电源与计算平台中，电源与计算机设置在设备固定底板上，同时与激光器、相机连接。一种基于上述装置的测量方法，包括以下步骤：步骤1，根据场景要求进行相机及镜头、激光器、滤光片的选型；步骤2，对装置中各组件进行安装，相机与水平面倾斜，激光器与水平面垂直；步骤3，采用相机进行图像采集，对采集到的图像进行处理，获取激光条纹特征与信息，调用相机函数，将相应信息转换成目标高度特征信息数组；步骤4，将左右两个相机的目标高度特征信息数组按照空间位置和顺序拼接在一起，去除重复部分，得到整个空间的目标高度特征信息数组。本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于：(1)本专利技术适用于大于1米的空间高精度测量；(2)本专利技术结构简单，制造容易，调试与对准容易；(3)本专利技术可实现性好，针对大型移动式工业机器人有较好应用意义。下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。附图说明图1是本专利技术适用于大场景测量的装置外型示意图。图2是本专利技术适用于大场景测量的装置结构示意图。图3是本专利技术方法中涉及的图像采集及处理算法流程图。图4是本专利技术适用于大型移动工业机器人的应用实施案例示意图。图2中标号：1为装置安装孔位，2为相机支撑架，3为刻度滑轨，4为相机位置调节滑块，5为工业3D相机，6为相机调节杆转动轴，7为电源与计算机，8为激光器，9为设备固定底板，10为装置斜拉梁，11为装置水平梁，12为相机角度调节杆，13为定位销。具体实施方式结合图1、图2，一种适用于大场景测量的装置，包括装置固定结构、装置框架结构、光学器件定位支架、光学器件、电源与计算平台；装置固定结构包括装置安装孔位1；装置框架结构包括设备固定底板9、装置斜拉梁11和装置水平梁10；光学器件定位支架包括相机支撑架2、刻度滑轨3、相机位置调节滑块4、相机调节杆转动轴6和相机角度调节杆12；光学器件包括相机5和激光器8；电源与计算平台包括电源与计算机7；所述装置框架结构中，装置斜拉梁11和装置水平梁10固定连接，设备固定底板9和装置斜拉梁11固定连接，设备固定底板9用于放置电源和计算机7，同时为激光器8提供遮光功能；整个装置通过装置安装孔位1安装在固定桩处；所述光学器件定位支架中，相机支撑架2通过相机调节杆转动轴6与设备固定底板9相连接，通过调节相机角度调节杆12的长短，调整相机支撑架2与设备固定底板9之间的角度；刻度滑轨3与相机支撑架2相连接，相机位置调节滑块4可在刻度滑轨3上进行移动；所述光学器件中，相机5设置在相机位置调节滑块4上；激光器8固定设备固定底板9上，设备固定底板9相应位置设有孔洞用于激光器透过激光；所述电源与计算平台中，电源与计算机设置在设备固定底板上，同时与激光器、相机连接。相机和光学器件定位支架的数量为两个，设置在设备固定底板9两侧。相机为工业3D相机。进一步的，刻度滑轨3通过定位销13与相机支撑架2相连接；相机位置调节滑块4通过调节滑块螺丝固定在刻度滑轨3的某一刻度处。进一步的，相机5通过螺丝固定在相机位置调节滑块4上；激光器8通过螺丝固定在设备固定底板9上；电源与计算机通过螺丝固定在设备固定底板上；装置斜拉梁11和装置水平梁10通过焊接固定连接，设备固定底板9和装置斜拉梁11通过焊接固定连接。进一步的，激光器为点激光器、线激光器或阵列激光器。进一步的，电源与计算机7与激光器8通过第一线缆进行连接，第一线缆铺设在设备固定底板上；电源与计算机7与相机5通过第二线缆进行连接，第二线缆铺设在相机支撑架2上。一种基于适用于大场景测量装置的测量方法，包括以下步骤：步骤1，根据场景要求进行相机及镜头、激光器、滤光片的选型；步骤2，对装置中各组件进行安装，相机与水平面倾斜，激光器与水平面垂直；步骤3，采用相机进行图像采集，对采集到的图像进行处理，获取激光条纹特征与信息，调用相机函数，将相应信息换算成目标高度特征信息数组；步骤4，将左右两个相机的目标高度特征信息数组按照空间位置和顺序拼接在一起，去除重复部分，得到整个空间的目标高度特征信息数组。进一步的，步骤1根据场景测量要求进行工业3D相机5、激光器8的选型，具体为：(1.1)根据测量精度，考虑质量体积、图像处理速度等因素，选择一款分辨率在M×N像素的黑白工业3D相机5及与之配套的镜头；1000,000<M×N<10,000,000，M>N；(1.2)根据测量材料的反射能力，在波长为400～680nm范围内，选择激光器8，激光器可根据需求为点激光器、线激光器、阵列激光器；(1.3)根据(1.2)所选择线激光器的波长参数确定滤光片的参数，选择中心波长与激光器波长相同的滤光片。进一步的，步骤2对装置中各机构零件进行布局及安装，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于大场景测量的装置，其特征在于，包括装置固定结构、装置框架结构、光学器件定位支架、光学器件、电源与计算平台；装置固定结构包括装置安装孔位(1)；装置框架结构包括设备固定底板(9)、装置斜拉梁(11)和装置水平梁(10)；光学器件定位支架包括相机支撑架(2)、刻度滑轨(3)、相机位置调节滑块(4)、相机调节杆转动轴(6)和相机角度调节杆(12)；光学器件包括相机(5)和激光器(8)；电源与计算平台包括电源与计算机(7)；所述装置框架结构中，装置斜拉梁(11)和装置水平梁(10)固定连接，设备固定底板(9)和装置斜拉梁(11)固定连接，整个装置通过装置安装孔位(1)安装在固定桩处；所述光学器件定位支架中，相机支撑架(2)通过相机调节杆转动轴(6)与设备固定底板(9)连接，通过调节相机角度调节杆(12)的长短，调整相机支撑架(2)与设备固定底板(9)之间的角度；刻度滑轨(3)与相机支撑架(2)连接，相机位置调节滑块(4)可在刻度滑轨(3)上进行移动；所述光学器件中，相机(5)设置在相机位置调节滑块(4)上；激光器(8)固定在设备固定底板(9)上，设备固定底板(9)相应位置设有孔洞用于激光器透过激光；所述电源与计算平台中，电源与计算机(7)设置在设备固定底板上，同时与激光器(8)、相机(5)连接。...

【技术特征摘要】
1.一种适用于大场景测量的装置，其特征在于，包括装置固定结构、装置框架结构、光学器件定位支架、光学器件、电源与计算平台；装置固定结构包括装置安装孔位(1)；装置框架结构包括设备固定底板(9)、装置斜拉梁(11)和装置水平梁(10)；光学器件定位支架包括相机支撑架(2)、刻度滑轨(3)、相机位置调节滑块(4)、相机调节杆转动轴(6)和相机角度调节杆(12)；光学器件包括相机(5)和激光器(8)；电源与计算平台包括电源与计算机(7)；所述装置框架结构中，装置斜拉梁(11)和装置水平梁(10)固定连接，设备固定底板(9)和装置斜拉梁(11)固定连接，整个装置通过装置安装孔位(1)安装在固定桩处；所述光学器件定位支架中，相机支撑架(2)通过相机调节杆转动轴(6)与设备固定底板(9)连接，通过调节相机角度调节杆(12)的长短，调整相机支撑架(2)与设备固定底板(9)之间的角度；刻度滑轨(3)与相机支撑架(2)连接，相机位置调节滑块(4)可在刻度滑轨(3)上进行移动；所述光学器件中，相机(5)设置在相机位置调节滑块(4)上；激光器(8)固定在设备固定底板(9)上，设备固定底板(9)相应位置设有孔洞用于激光器透过激光；所述电源与计算平台中，电源与计算机(7)设置在设备固定底板上，同时与激光器(8)、相机(5)连接。2.根据权利要求1所述的适用于大场景测量的装置，其特征在于，所述相机和光学器件定位支架的数量为两个，设置在设备固定底板(9)两侧。3.根据权利要求2所述的适用于大场景测量的装置，其特征在于，所述相机为工业3D相机。4.根据权利要求1或2所述的适用于大场景测量的装置，其特征在于，所述刻度滑轨(3)通过定位销(13)与相机支撑架(2)连接；相机位置调节滑块(4)通过调节滑块螺丝固定在刻度滑轨(3)的某一刻度处。5.根据权利要求1所述的适用于大场景测量的装置，其特征在于，相机(5)通过螺丝固定在相机位置调节滑块(4)上；激光器(8)通过螺丝固定在设备固定底板(9)上；电源与计算机通过螺丝固定在设备固定底板上；装置斜拉梁(11)和装置水平梁(10)通过焊接固定连接，设备固定底板(9)和装置斜拉梁(11)通过焊接固定连接。6.根据权利要求1所述的适用于大场景测量的装置，其特征在于，激光器为点激光器、线激光器或阵列激光器。7.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩瑜，兰佳，王兴华，花磊，赵龙，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一六研究所，江苏杰瑞科技集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32