Apriltag视觉定位的加工方法、系统、爬壁机器人及存储介质技术方案

本发明专利技术公开Apriltag视觉定位加工方法、系统、爬壁机器人及存储介质。包括采集工业相机视场中的标签图像，均衡化处理标签图像，将均衡化处理后的标签图像去噪，根据去噪后的标签图像，基于Apriltag定位算法确定爬壁机器人的位姿，根据位姿规划机器人的移动路径，机器人沿规划路径移动时在曲面法线方向上对待加工件进行加工，实时接收机器人的工作状态参数并发出工作指令。本发明专利技术将Apriltag视觉定位运用到特定的曲面移动吸附加工机器人上，从而实现对移动加工爬壁机器人在目标曲面上的实时自主定位和精准定位，同时节约成本，提高加工性能，减小环境对定位的影响。

【技术实现步骤摘要】
Apriltag视觉定位的加工方法、系统、爬壁机器人及存储介质
本专利技术属于工业爬壁机器人
，特别是Apriltag视觉定位的加工方法、系统、爬壁机器人及存储介质。
技术介绍
随着社会的发展与科技的进步,机器人的应用领域越来越广泛,其中工业机器人成为当前重点发展与研究的对象。为了让机器人按照预先设定的命令完成相应的运动,首先应该确定当前状态下,机器人的位置信息。因此定位技术的研究是机器人研究的核心。爬壁机器人是特种机器人典型代表之一，它有着超大的工作空间与灵活的部署模式，在大型结构、建筑的巡检、探伤以及清洁领域得到广泛应用。尽管国内外学者针对人工标记物的设计与识别做了大量的研究工作,但基于人工标记物的移动机器人定位技术还是普遍存在以下关键问题:(1)爬壁机器人不能在目标物曲面上准确地实现自我定位,从而指导下一步的动作；(2)爬壁机器人定位过程中不能快速进行动态决策；3)爬壁机器人对标记物进行识别定位时,由于存在外部环境的干扰，定位的鲁棒性较低。因此，如何使爬壁机器人在工件曲面上实现实时精准定位以便全覆盖地移动打磨待加工件是待解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术中爬壁机器人定位精度低、不能实时自我定位的问题，本专利技术公开基于Apriltag视觉定位的加工方法、系统、爬壁机器人及存储介质，以实现室内或室外爬壁机器人定位的实时性及精度要求。根据本专利技术的一个方面，公开了一种Apriltag视觉定位的加工方法，包括：采集视场中的标签图像；均衡化处理所述标签图像；将均衡化处理后的标签图像去噪；根据去噪后的标签图像，基于Apriltag定位算法确定位姿；根据所述位姿规划移动路径；所述规划路径进行移动，并在移动过程中在待加工件曲面的法线方向上对待加工件进行加工；进一步地，采用自适应阈值法分割所述去噪后的标签图像；查找所述去噪后的标签图像的轮廓，使用Union-find算法查找连通域；对所述轮廓进行直线拟合，获取拟合四边形；对所述拟合四边形进行解码，从而识别去噪后的图像标签；通过对识别后的图像标签进行坐标变换确定所述爬壁机器人位姿。进一步地，实时接收位姿参数，根据所述位姿参数生成决策指令，根据所述决策指令进行定位。进一步地，利用规划调度算法调整所述位姿。根据本专利技术的另一个方面，还公开Apriltag视觉定位的加工系统，如前所述的任意一种Apriltag视觉定位的加工方法能够在加工系统中运行：所述Apriltag视觉定位的加工系统由视觉标签、信息交互模块、爬壁机器人模块、工业相机、视觉定位模块组成；所述爬壁机器人模块、所述工业相机、所述视觉定位模块分别与所述信息交互模块电连接；所述视觉定位模块包括基于Apriltag算法的视觉里程记和光流传感器模块，用于确定所述爬壁机器人模块的位姿。进一步地，所述爬壁机器人模块和所述视觉定位模块电连接。进一步地，所述视觉标签为预先在所述工业相机视场内张贴的Apriltag标签。进一步地，所述工业相机为USB单目摄像机。根据本专利技术的再一个方面，还公开一种Apriltag视觉定位的爬壁机器人，其上载有如前所述的任意一种Apriltag视觉定位的加工系统。根据本专利技术的再一个方面，还公开一种计算机存储介质，其上存储有如前所述的任意一种Apriltag视觉定位的加工方法。本专利技术采用基于Apriltag人工标签系统,对一帧包含有完整标签的图片完成识别及定位操作，即根据梯度差值聚类边缘点,再拟合边缘直线,然后根据拟合得到的线段得到闭合的四边形,判断四边形是不是标签,最后进行解码确定爬壁机器人定位，光流传感器同时追踪移动爬壁机器人的运动位姿，交互软件实时接收并存储移动爬壁机器人的位姿信息，同时发出决策指令，从而实现对移动加工爬壁机器人在目标曲面上的实时自主定位和精准定位，继而使得移动加工爬壁机器人能够灵活地自主运动，并根据决策指令实行自主加工。附图说明图1为本专利技术实施例中Apriltag视觉定位方法图；图2为本专利技术实施例中Apriltag算法处理标签图像的示意图；图3是本专利技术实施例中阈值化处理后的标签图像；图4是本专利技术实施例中Apriltag视觉定位的加工系统示意图；图5是本专利技术实施例中曲面移动吸附爬壁机器人结构示意图；图6为本专利技术实施例中靶标板示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本实施例中，基于Apriltag码的视觉辅助定位爬壁机器人加工方法，利用在特定机器人上搭载basler工业相机，对视场内已经提前布置好的人工标签图像，完成采集、识别、定位并加工待加工件。结合图1，本专利技术的一种基于Apriltag码视觉辅助定位的曲面移动吸附加工机器人定位加工方法，包括以下步骤：1)首先，在待加工构件周围布置视觉标签并对机器人所携带的工业相机进行参数标定；2)将吸附模块主动调整回零复位，启动吸附腔风机，人为地将机器人放置于待加工型表面，利用吸附模块顺应吸附与所述加工型曲面上；3)机器人上的工业相机检测场景靶标，所述靶标板如图6所示，以工件的设计CAD型线作为先验信息(先验信息指获得样本的试验之前获得的经验和历史资料)，对机器人位姿进行确定，并调整吸附腔姿态顺应该位置的曲面；4)在基于Apriltag算法的视觉里程计和光流传感器的共同作用下，实现机器人在相应工件型表面处的精准定位，并规划其移动路径，同时跟踪机器人踪迹；5)在机器人移动过程中，通过在外接气阀上设定恒定气压，来驱动打磨磨盘旋转并实现在曲面法线方向上的被动顺应；6)将机器人的各类工作状态参数实时回传到信息交互软件、或信息处理器中，分析处理机器人的工作状态参数，并对机器人发送工作指令；7)多个机器人通过规划调度算法实现对大尺寸、变曲率工件的无死角全覆盖精准打磨。如图1和图2所示，对机器人进行定位的方法包括：步骤1、在环境空间中张贴Apriltag标记：在与曲面移动吸附加工机器人移动的空间全覆盖范围内布置Apriltag标记；步骤2、标定USB相机：进行单目摄像头标定后，可得到USB相机的内参数以及镜头畸变参数；步骤3、设置合适的地标，记录初始时刻时移动机器人的初始位姿以及Apriltag码的初始位姿，求解相机外参数：在输出位姿的过程中，一共存在两个坐标系，相机坐标系和世界坐标系(w)，Apriltag所在坐标系是标签坐标系和机器人坐标系；其中，世界坐标系的z轴方向与重力方向相反，x和y轴平行于地面，具体方向是由人为决定的，即根据在tag.yaml设置的Apriltag图的位姿来确定；由于已经对Apriltag的位姿进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Apriltag视觉定位的加工方法，其特征在于，包括：/n采集视场中的标签图像；/n均衡化处理所述标签图像；/n将均衡化处理后的标签图像去噪；/n根据去噪后的标签图像，基于Apriltag定位算法确定位姿：采用自适应阈值法分割所述去噪后的标签图像；/n查找所述去噪后的标签图像的轮廓，使用Union-find算法查找连通域；/n对所述轮廓进行直线拟合，获得拟合四边形；/n对所述拟合四边形进行解码，以识别去噪后的图像标签；/n通过对识别后的图像标签进行坐标变换确定位姿；/n根据所述位姿规划移动路径；/n沿所述规划路径进行移动，并在移动过程中在待加工件曲面的法线方向上对待加工件进行加工；/n实时接收位姿参数，根据所述位姿参数生成决策指令，根据所述决策指令进行定位；/n利用规划调度算法调整所述位姿。/n

【技术特征摘要】
1.一种Apriltag视觉定位的加工方法，其特征在于，包括：
采集视场中的标签图像；
均衡化处理所述标签图像；
将均衡化处理后的标签图像去噪；
根据去噪后的标签图像，基于Apriltag定位算法确定位姿：采用自适应阈值法分割所述去噪后的标签图像；
查找所述去噪后的标签图像的轮廓，使用Union-find算法查找连通域；
对所述轮廓进行直线拟合，获得拟合四边形；
对所述拟合四边形进行解码，以识别去噪后的图像标签；
通过对识别后的图像标签进行坐标变换确定位姿；
根据所述位姿规划移动路径；
沿所述规划路径进行移动，并在移动过程中在待加工件曲面的法线方向上对待加工件进行加工；
实时接收位姿参数，根据所述位姿参数生成决策指令，根据所述决策指令进行定位；
利用规划调度算法调整所述位姿。


2.一种Apriltag视觉定位的加工系统，如权利要求1所述的任意一种Apriltag视觉定位的加工方法能够在所述Apriltag视觉定位的加工系统中运行，其特征在于：
所述Apriltag视觉...

【专利技术属性】
技术研发人员：李千千，向阳，刘晓顺，胡杰，黄俊辉，
申请(专利权)人：武汉数字化设计与制造创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42