一种基于线结构光视觉的屏风板自动上料系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于线结构光视觉的屏风板自动上料系统及方法，该方法包括：对系统进行标定；当AGV将屏风板运输至线结构光视觉模块扫描区域时，PLC控制器控制旋转平台旋转，旋转平台上的线结构光视觉模块扫描屏风板，将扫描后的数据发送给上位机；上位机处理线结构光视觉模块扫描的屏风板数据，将处理的结果发送给机器人；机器人根据上位机的处理结果对屏风板进行抓取上料。本申请实现了自动化上料，大大降低了工人的劳动强度，同时提高了生产效率以及保证了生产质量。率以及保证了生产质量。率以及保证了生产质量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于线结构光视觉的屏风板自动上料系统及方法


[0001]本专利技术属于屏风制造领域，具体而言，涉及一种基于线结构光视觉的屏风板自动上料系统及方法。

技术介绍

[0002]屏风作为中国传统家具的重要组成部分，历史由来已久。屏风一般陈设于室内的显著位置，起到分隔、美化、挡风、协调等作用。目前屏风的制作过程大多为人工操作，需要花费大量的时间和人力，而且操作的精度也不能得到有效保障。而传统的机器由于缺乏各种传感器的辅助，只能按照事先编制的程序进行动作，物料放置的位置也必须事先设定，无法完成带有随机性的任务，如抓取随机摆放的物体等。

技术实现思路

[0003]本申请实施例提供了一种基于线结构光视觉的屏风板自动上料系统及方法，能够进行自动化上料，大大降低了工人的劳动强度，同时提高了生产效率以及保证了生产质量。
[0004]第一方面，本申请实施例提供了一种基于线结构光视觉的屏风板自动上料系统，包括：
[0005]线结构光视觉模块、旋转平台、PLC控制器、上位机、机器人以及AGV；
[0006]所述AGV用于将屏风板运输至所述线结构光视觉模块扫描区域；
[0007]所述PLC控制器用于控制所述旋转平台旋转；
[0008]所述线结构光视觉模块固定于所述旋转平台，用于扫描所述屏风板，将扫描后的数据发送给所述上位机；
[0009]所述上位机用于处理所述线结构光视觉模块扫描的屏风板数据，将处理的结果发送给所述机器人；
[0010]所述机器人用于根据所述上位机的处理结果对屏风板进行抓取上料。
[0011]其中，所述线结构光视觉模块包括CCD工业相机、一字红线激光器、滤光片，所述CCD工业相机与一字红线激光器之间呈预设夹角，所述滤光片安装于CCD工业相机的镜头前方。
[0012]第二方面，本申请提供了一种基于线结构光视觉的屏风板自动上料方法，利用上述基于线结构光视觉的屏风板自动上料系统，包括：
[0013]对系统进行标定；
[0014]当AGV将屏风板运输至线结构光视觉模块扫描区域时，PLC控制器控制旋转平台旋转，旋转平台上的线结构光视觉模块扫描屏风板，将扫描后的数据发送给上位机；
[0015]所述上位机处理所述线结构光视觉模块扫描的屏风板数据，将处理的结果发送给机器人；
[0016]所述机器人根据所述上位机的处理结果对屏风板进行抓取上料。
[0017]其中，所述上位机处理所述线结构光视觉模块扫描的屏风板数据，包括：
[0018]上位机处理所述线结构光视觉模块扫描的屏风板数据，得到屏风板在相机坐标系下的位姿；
[0019]将屏风板在相机坐标系下的位姿转化为在机器人坐标系下的位姿。
[0020]其中，上位机处理所述线结构光视觉模块扫描的屏风板数据，得到屏风板在相机坐标系下的位姿，包括：
[0021]设(a,b,c)为旋转平台转轴上一点，(u,v,w)为旋转轴线的方向向量，θ为旋转的角度，在相机坐标系下单帧线扫点云拼接的坐标变换矩阵为：
[0022][0023]使用改进的体素滤波算法进行点云下采样，对输入的点云数据创建一个三维体素栅格，用原始点云数据中距体素重心点最近的点代表该体素内的所有点；
[0024]通过采样一致性算法对点云数据进行初步的平面模型分割，然后通过区域生长法继续分割以去除立群点以及噪声点，最终得到屏风板点云的骨架；
[0025]进行屏风板骨架点云的配准。
[0026]其中，所述进行屏风板骨架点云的配准，包括：
[0027]通过经纬线扫描法提取屏风板骨架点云的边界，然后使用RANSAC算法对屏风板骨架的四条边做直线拟合，接着计算屏风板骨架四个角点的空间坐标值；
[0028]基于欧式距离约束的粗配准，使用ICP算法对提取出的角点和模型角点做点云粗配准；设p1和p2分别是粗配准结果和目标点云上的对应点对，c1和c2分别是粗配准点云和目标点云的几何中心，δ是距离约束阈值，若满足：
[0029][0030]则认为p1和p2的匹配效果符合要求，若不满足，则认为匹配效果不符合要求并去除该对应点对；
[0031]引入权重系数和迭代因子的精配准。
[0032]其中，通过经纬线扫描法提取屏风板骨架点云的边界，然后使用RANSAC算法对屏风板骨架的四条边做直线拟合，接着计算屏风板骨架四个角点的空间坐标值，包括：
[0033]求出点云数据点x坐标值的最大值x
max
和最小值x
min
；设给定分辨率r，计算划分步长Δx＝(x
max
‑
x
min
)/r；扫描点云，统计出x坐标值在[x
min
+(i
‑
1)Δx,x
min
+iΔx)(i＝1,2,L,r)范围内y坐标取最小值和最大值时的点；同理，沿y方向再对点云进行一次扫描，用两次扫描的结果组成点云的边界；
[0034]给定距离阈值d，使用RANSAC算法对屏风板骨架的四条边做直线拟合；
[0035]由屏风板骨架四条边所在直线的方程计算屏风板四个顶点的空间坐标。
[0036]其中，引入权重系数和迭代因子的精配准，包括：
[0037]S3.4.3.1：给定原始点云P和目标点云Q，初始化变换矩阵H0＝H
*
，其中H
*
为粗配准的结果，权重系数α＞1，动态迭代因子m=0，迭代次数k=0；
[0038]S3.4.3.2：用位姿矩阵的变化量ΔH
k
来更新原始点云P；
[0039]S3.4.3.3：对原始点云P中的每个点，在目标点云Q中查找最近点，并依此对目标点集进行重新排序；
[0040]S3.4.3.4：通过求解位姿矩阵的变化量ΔH
k+1
，其中p
i
、q
i
分别为点云P和Q上的点，n
p
、n'
p
分别为点云P上非感兴趣区域和感兴趣区域的点数，权重系数α＞1；
[0041]S3.4.3.5：若均方根距离误差err增加，则令m＝m+1；否则令m＝0；
[0042]S3.4.3.6：若m＞0，执行H
k+1
＝ΔH
k+1
·
H
k
，共m次以求解位姿变换矩阵；
[0043]S3.4.3.7：重复步骤S3.4.3.2
‑
S3.4.3.6，直到均方根距离误差err小于给定值或者迭代次数k达到最大值。
[0044]其中，将屏风板在相机坐标系下的位姿转化为在机器人坐标系下的位姿，包括：
[0045]设抓取状态下机器人末端执行器在机器人基坐标系下的位姿矩阵通过标定工具坐标系得到机器人末端与手爪的位姿转换关系为根据零件与机械手的尺寸结构定义抓取姿态下目标零件与手爪之间的位姿转换关系通过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于线结构光视觉的屏风板自动上料系统，其特征在于，包括：线结构光视觉模块、旋转平台、PLC控制器、上位机、机器人以及AGV；所述AGV用于将屏风板运输至所述线结构光视觉模块扫描区域；所述PLC控制器用于控制所述旋转平台旋转；所述线结构光视觉模块固定于所述旋转平台，用于扫描所述屏风板，将扫描后的数据发送给所述上位机；所述上位机用于处理所述线结构光视觉模块扫描的屏风板数据，将处理的结果发送给所述机器人；所述机器人用于根据所述上位机的处理结果对屏风板进行抓取上料。2.根据权利要求1所述基于线结构光视觉的屏风板自动上料系统，其特征在于，所述线结构光视觉模块包括CCD工业相机、一字红线激光器、滤光片，所述CCD工业相机与一字红线激光器之间呈预设夹角，所述滤光片安装于CCD工业相机的镜头前方。3.一种基于线结构光视觉的屏风板自动上料方法，其特征在于，利用权利要求1或2所述的基于线结构光视觉的屏风板自动上料系统，包括：对系统进行标定；当AGV将屏风板运输至线结构光视觉模块扫描区域时，PLC控制器控制旋转平台旋转，旋转平台上的线结构光视觉模块扫描屏风板，将扫描后的数据发送给上位机；所述上位机处理所述线结构光视觉模块扫描的屏风板数据，将处理的结果发送给机器人；所述机器人根据所述上位机的处理结果对屏风板进行抓取上料。4.根据权利要求3所述基于线结构光视觉的屏风板自动上料方法，其特征在于，所述上位机处理所述线结构光视觉模块扫描的屏风板数据，包括：上位机处理所述线结构光视觉模块扫描的屏风板数据，得到屏风板在相机坐标系下的位姿；将屏风板在相机坐标系下的位姿转化为在机器人坐标系下的位姿。5.根据权利要求4所述基于线结构光视觉的屏风板自动上料方法，其特征在于，上位机处理所述线结构光视觉模块扫描的屏风板数据，得到屏风板在相机坐标系下的位姿，包括：设(a,b,c)为旋转平台转轴上一点，(u,v,w)为旋转轴线的方向向量，θ为旋转的角度，在相机坐标系下单帧线扫点云拼接的坐标变换矩阵为：使用改进的体素滤波算法进行点云下采样，对输入的点云数据创建一个三维体素栅格，用原始点云数据中距体素重心点最近的点代表该体素内的所有点；通过采样一致性算法对点云数据进行初步的平面模型分割，然后通过区域生长法继续分割以去除立群点以及噪声点，最终得到屏风板点云的骨架；进行屏风板骨架点云的配准。6.根据权利要求5所述基于线结构光视觉的屏风板自动上料方法，其特征在于，所述进
行屏风板骨架点云的配准，包括：通过经纬线扫描法提取屏风板骨架点云的边界，然后使用RANSAC算法对屏风板骨架的四条边做直线拟合，接着计算屏风板骨架四个角点的空间坐标值；基于欧式距离约束的粗配准，使用ICP算法对提取出的角点和模型角点做点云粗配准；设p1和p2分别是粗配准结果和目标点云上的对应点对，c1和c2分别是粗配准点云和目标点云的几何中心，δ是距离约束阈值，若满足：则认为p1和p2的匹配效果符合要求，若不满足，则认为匹配效果不符合要求并去除该对应点对；引入权重系数和迭代因子的精配准。7.根据权利要求6所述基于线结构光视觉的屏风板自动上料方法，其特征在于，通过经纬线扫描法提取屏风板骨架点云的边界，然后使用RANS...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志远，邰凤阳，康庆，朱远鹏，王化明，
申请(专利权)人：科派股份有限公司，
类型：发明
国别省市：