一种燃油车加油盖精确识别与位姿估计的方法技术

本发明专利技术公开的一种燃油车加油盖精确识别与位姿估计的方法，属于燃油车自动加油技术领域及相关抓取的工业领域。本发明专利技术实现方法为：对于加油盖外盖，采用分割的算法，引入自适应因子，分割加油盖外盖点云。对于加油塞，基于加油塞把手与面的特征等先验知识，获取加油塞点云。基于点云数据的位姿估计，加入方向选择因子，建立合适的抓取坐标系，通过离线标定相机与机械臂的位姿变换，构建抓取坐标系与机械臂的基坐标系的关系，保证机械臂末端工具精确到达抓取点并保持精确的可抓取方向。本发明专利技术能够避免模型库构建与高算力要求，保证自动加油机器人系统的防爆和高精度要求，解决相机定位定向不准问题。本发明专利技术尤其适用于燃油车自动加油类似抓取场景。类似抓取场景。类似抓取场景。

【技术实现步骤摘要】
一种燃油车加油盖精确识别与位姿估计的方法


[0001]本专利技术属于燃油车自动加油
及相关抓取的工业领域，尤其涉及一种燃油车加油盖精确识别与位姿估计的方法。

技术介绍

[0002]机器人技术与计算机视觉技术不断迭代更新，广泛应用于消费、医疗、建筑、工业等领域。现阶段加油站基本依靠工人手动加油，不仅需要消耗大量的人力、物力成本，由于工人操作的不确定性，还存在一定的安全隐患，因而，实现燃油车的自动加油技术具有广阔的应用前景。
[0003]目前燃油车自动加油系统的智能环境感知领域已有如下方案：(1)使用大视野的激光光栅的结构光相机扫描检测区域，检测加油盖三维信息，该方法易受环境光影响并且难以满足加油站的防爆要求；(2)使用视觉伺服方案，通过加油盖在相机视野中的相对位置引导机械臂运动，实时性较低并且精度较低；(3)通过人机交互的方式录入车辆信息匹配数据库存在的车辆数据，难以达到全自动的目标。
[0004]实现对加油盖外盖和加油塞的识别与位姿估计需要良好的实时性与准确性。另外，自动加油机器人系统对相机防爆参数要求严苛，因而，如何实现本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃油车加油盖精确识别与位姿估计的方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤1：通过标准标定板上的点在两个不同坐标系下的位姿，离线标定3D相机与机械臂基坐标系的变换关系Tcb；步骤2：选择主动光源为LED光的3D相机，满足加油机器人防爆要求；根据自动加油机器人系统内其他视觉传感器确定3D相机近距离拍照位姿，有效避免环境光干扰，采集点云数据；步骤3：引入自适应因子根据点云数据的点数筛选分割后的点云，获取加油盖外盖的点云数据，基于点云数据计算外盖的质心；步骤4：选择加油盖外盖上的ROI，通过分块取平均的算法，精确计算ROI的质心和法向量，分别作为加油盖外盖抓取坐标系的原点Oo和z轴；计算ROI的主方向，定义为抓取坐标系的y轴，引入方向选择因子factor_outer，确定y轴的唯一正方向，构建加油盖外盖抓取坐标系，利用相机坐标系与机械臂基坐标系的关系，得到构建的抓取坐标系在机械臂基坐标系下的位姿，实现加油盖外盖精确抓取位姿的获取；步骤5：利用加油塞的先验几何特征，识别加油塞，获取加油塞点云数据；基于加油塞把手与加油塞平面的相对位置，实现加油塞把手的分割，并计算选择加油塞把手感兴趣区域的参考点；步骤6：选择加油塞把手上的ROI，通过分块取平均的算法，精确计算ROI的质心和法向量，分别作为加油塞抓取坐标系的原点Oo和z轴；计算ROI的主方向，作为抓取坐标系的y轴，引入方向选择因子factor_inner，统一y轴主方向，构建加油塞抓取坐标系；利用相机坐标系与机械臂基坐标系的关系，得到加油塞抓取坐标系在机械臂基坐标系下的位姿，实现加油塞精确抓取位姿的获取。2.如权利要求1所述的一种燃油车加油盖精确识别与位姿估计的方法，其特征在于：还包括步骤7，将步骤4获取的加油盖外盖精确抓取位姿，通过TCP网络通信传输给机械臂，外盖使用吸盘打开，选择机械臂在吸盘工具坐标系下运动，准确到达并进行外盖打开的动作；将步骤6获取的加油塞精确抓取位姿，通过TCP网络通信传输给机械臂，加油塞使用夹爪加紧拧开，选择机械臂在夹爪工具坐标系下运动，准确到达并进行拧加油塞的动作。3.如权利要求1或2所述的一种燃油车加油盖精确识别与位姿估计的方法，其特征在于：步骤1实现方法为，步骤11：固定棋盘格标定板，获取标定板上的n个定点在相机坐标系下的位置，记录点集为P；获取标定板上对应的n个定点在机械臂基坐标系下的位置，记录点集为Q；步骤12：对于点集P和Q,去中心化，然后构造协方差矩阵H：
其中，n为点集中点的个数，(X
pi
,Y
pi
,Z
pi
)为点集P中的第i个点Pi的坐标，(X
qi
,Y
qi
,Z
qi
)为点集Q中的第i个点Qi的坐标；步骤13：对协方差矩阵H进行奇异值分解得到矩阵v、u，然后构造旋转矩阵R：R＝vu
T
进而，计算平移矩阵t:t＝
‑
RPi+Qi由旋转矩阵和平移矩阵构造得到相机坐标系与机械臂基坐标系的齐次变换矩阵Tcb，即得到离线标定3D相机与机械臂基坐标系的变换关系Tcb。4.如权利要求3所述的一种燃油车加油盖精确识别与位姿估计的方法，其特征在于：步骤3实现方法为，步骤31：对采集的场景点云进行滤波、降采样后，遍历其中的点，利用点与点的欧式距离进行聚类，通过引入自适应因子基于点云数据的点数筛选分割后的点云，得到加油盖外盖点云；步骤32：对于加油盖外盖点云，计算质心，将其做为选择加油盖外盖上感兴趣区域(Region of Interest，ROI)的参考点Opre。5.如权利要求4所述的一种燃油车加油盖精确识别与位姿估计的方法，其特征在于：步骤4实现方法为，步骤41：基于计算的参考点Opre，在x，y，z方向分别设置余量Δx,Δy,Δz，选择加油盖外盖上的目标区域ROI；步骤42：基于步骤41获取的ROI，将其分为多个小块，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鑫，费庆，马宏宾，边金岳，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：