一种罐装车人孔盖和螺栓特征的机器人视觉识别与定位方法技术

本发明专利技术公开了一种罐装车人孔盖和螺栓特征的机器人视觉识别与定位方法，具体包括如下步骤：步骤一：确保罐装车处于静止状态，机器人携带视觉设备，并在视觉设备初始化后，由激光传感器给出人孔盖所在粗略位置，大视野相机对人孔盖子成像，先后采集人孔盖体图像；步骤二：经过图像处理，计算出目标位置传输到机器人端，对机器人进行引导工作，第一次大视野呈现的视野范围在人孔盖直径的1.2倍，使用模板匹配算法匹配目标位置；本发明专利技术实现了户外光线复杂变化环境和作业目标外形尺寸一致性变化大的情况下，槽车人孔盖及四周螺栓外形和位置的精确识别；本发明专利技术实现了视觉引导机器人的无人化作业流程，自动化程度高，效率高，提高了作业安全性。安全性。安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种罐装车人孔盖和螺栓特征的机器人视觉识别与定位方法


[0001]本专利技术属于铁路及公路汽油、柴油、航煤密闭定量装车系统识别
，具体涉及一种罐装车人孔盖和螺栓特征的机器人视觉识别与定位方法。

技术介绍

[0002]目前汽油、柴油、航空煤油、石油苯、二甲苯等介质采用介质注入装车系统罐装时，槽罐车人孔盖子需要工作人员到槽车顶部手动拧开四周螺栓，打开人孔盖子，然后才能罐装；众多石化炼油厂分布于新疆，东北地区，在冬季罐体上易结冰积雪，人工进行作业时人需要频繁上下罐车，人员跌落风险高；采用人工装车流程，工序繁多、劳动量大、劳动强度较高、作业环境恶劣；
[0003]目前需要一种方法，实现槽车人孔盖及锁紧人孔盖四周螺栓的外形识别和精确定位，用于引导自动化设备或机器人进行自动开启和闭合人孔盖的作业；由于槽车行进方向停车位置直线距离误差比较大，人孔盖及其四周螺栓产品一致性不好，加上户外环境有雨、雪、尘、沙的影响，使得槽车人孔盖及四周螺栓的外形识别和精确定位比较困难。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种罐装车人孔盖和螺栓特征的机器人视觉识别与定位方法，主要用于铁路及公路领域，以解决上述
技术介绍
中提出的槽罐车人孔盖子需要工作人员到槽车顶部手动拧开四周螺栓，人工进行作业时人需要频繁上下罐车，人员跌落风险高；采用人工装车流程，工序繁多、劳动量大、劳动强度较高、作业环境恶劣的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种罐装车人孔盖和螺栓特征的机器人视觉识别与定位方法，具体包括如下步骤：
[0006]步骤一：确保罐装车处于静止状态，机器人携带视觉设备，并在视觉设备初始化后，由激光传感器给出人孔盖所在粗略位置，大视野相机对人孔盖子成像，先后采集人孔盖体图像；
[0007]步骤二：经过图像处理，计算出目标位置传输到机器人端，对机器人进行引导工作，第一次大视野呈现的视野范围在人孔盖直径的1.2倍，使用模板匹配算法匹配目标位置；
[0008]步骤三：若出现无法识别人孔盖的现象，重新调整匹配参数，返回至步骤一重新识别；
[0009]步骤四：在得到目标位置后，估算出螺栓大致位置，处理螺栓图像，得出螺栓的图像坐标位置，与视觉标定结果相结合计算出螺栓的实际位置；对于一个已经处于静止状态的槽车人孔盖，需要机器人携带视觉设备计算出人孔盖在二维平面上的方位及位置，这一步得到的结果引导机器人携带末端执行器接近人孔盖，机器人末端执行器要打开人孔盖需要定位人孔盖上的开盖把手，定位精度要求在1cm以内；计算出人孔盖的整体位置以后，为引导自动螺丝机拆解人孔盖上的四个长螺栓，机器人视觉要给出螺栓在二维平面的位置，
对于拆解螺栓而言，要求视觉定位精度在0.5mm以内；
[0010]步骤五：坐标位传输给机器人。
[0011]优选的，还包括建立在X、Y轴上建立的标定纸，标定纸在坐标系中螺栓的坐标系正交放置，相机拍照后将X、Y向的标识点提取并计算出像素差。
[0012]优选的，在所述步骤二中，大视野范围成像时，需要在杂乱背景中对人孔盖成像，为杜绝环境光影响，在人孔盖周边安装遮光罩使用环形角度光源实现小视野范围成像，光源集中照射螺栓上表面，使螺栓表面呈现圆形轮廓。
[0013]优选的，在所述步骤二中，为实现目标匹配，基于轮廓特征的目标识别方法包括物体模板的特征库和待检测物的图像，通过计算特征库中的物体模板和待检测图像轮廓形状的差别确定待检测图像中是否含有检测目标，具体包括如下步骤：
[0014]A、对特征库中的物体模板和待检测图像进行二值化处理；
[0015]B、对特征库中的物体模板和待检测图像进行轮廓检测；
[0016]C、计算特征库中的物体模板的质心和待检测图像的质心；
[0017]D、将待检测图像的质心与特征库中的物体模板的质心进行对准操作；
[0018]E、通过计算特征库中的物体模板和待检测图像轮廓形状的差别确定待检测物图像中是否含有检测目标。
[0019]优选的，还包括机器人视觉系统识别标定工装台坐标系刻线上的MARK点，MARK点位于机器人用户坐标系的刻线上，利用MARK点建立相机的图像坐标系。
[0020]优选的，在所述步骤四中，螺栓的大致位置也就是后续四次小视野成像的视野范围，视觉成像视野范围是15cm
×
15cm。
[0021]优选的，通过视觉系统将罐盖上的螺栓位置识别，并将其位置坐标转化到机器人的用户坐标系下，共有4组位置坐标；
[0022]由于螺丝机对称分布，可以将机器人TCP点运动到对称螺栓连线中点，然后绕用户坐标系Z轴旋转一定的角度即可使螺丝机套筒运动到螺栓上方，其中：
[0023]上位机向机器人发送TCP点坐标为和和
[0024]上位机向机器人发送TCP点绕用户坐标系Z轴的旋转角度为和
[0025]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0026]1、本专利技术实现了户外光线复杂变化环境和作业目标外形尺寸一致性变化大的情况下，槽车人孔盖及四周螺栓外形和位置的精确识别；
[0027]2、本专利技术实现了视觉引导机器人的无人化作业流程，自动化程度高，效率高，提高了作业安全性；
[0028]3、激光扫描仪技术与视觉技术的组合应用，实现了作业目标外形和空间位置尺寸的识别和定位，速度快，成本低，可靠性高。
附图说明
[0029]图1为本专利技术的视觉工作流程示意图；
[0030]图2为本专利技术实际空间中坐标系建立图；
[0031]图3为本专利技术机器人标定标定纸示意图；
[0032]图4为本专利技术槽车罐盖识别数据示意图；
[0033]图5为本专利技术机器人视觉坐标系示意图；
[0034]图6为本专利技术机器人数学模型示意图；
[0035]图7为本专利技术机器人末端执行器数学模型示意图。
具体实施方式
[0036]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0037]请参阅图1至图7，本专利技术提供一种技术方案：一种罐装车人孔盖和螺栓特征的机器人视觉识别与定位方法，具体包括如下步骤：
[0038]步骤一：确保罐装车处于静止状态，机器人携带视觉设备，并在视觉设备初始化后，由激光传感器给出人孔盖所在粗略位置，大视野相机对人孔盖子成像，先后采集人孔盖体图像；
[0039]步骤二：经过图像处理，计算出目标位置传输到机器人端，对机器人进行引导工作，第一次大视野呈现的视野范围在人孔盖直径的1.2倍，使用模板匹配算法匹配目标位置；
[0040]步骤三：若出现无法识别人孔盖的现象，重新调整匹配参数，返回至步骤一重新识别；
[0041]步骤四：在得本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种罐装车人孔盖和螺栓特征的机器人视觉识别与定位方法，其特征在于：具体包括如下步骤：步骤一：确保罐装车处于静止状态，机器人携带视觉设备，并在视觉设备初始化后，由激光传感器给出人孔盖所在粗略位置，大视野相机对人孔盖子成像，先后采集人孔盖体图像；步骤二：经过图像处理，计算出目标位置传输到机器人端，对机器人进行引导工作，第一次大视野呈现的视野范围在人孔盖直径的1.2倍，使用模板匹配算法匹配目标位置；步骤三：若出现无法识别人孔盖的现象，重新调整匹配参数，返回至步骤一重新识别；步骤四：在得到目标位置后，估算出螺栓大致位置，处理螺栓图像，得出螺栓的图像坐标位置，与视觉标定结果相结合计算出螺栓的实际位置；步骤五：坐标位传输给机器人。2.根据权利要求1所述的一种罐装车人孔盖和螺栓特征的机器人视觉识别与定位方法，其特征在于：还包括建立在X、Y轴上建立的标定纸，标定纸在坐标系中螺栓的坐标系正交放置，相机拍照后将X、Y向的标识点提取并计算出像素差。3.根据权利要求1所述的一种罐装车人孔盖和螺栓特征的机器人视觉识别与定位方法，其特征在于：在所述步骤二中，大视野范围成像时，需要在杂乱背景中对人孔盖成像，为杜绝环境光影响，在人孔盖周边安装遮光罩使用环形角度光源实现小视野范围成像，光源集中照射螺栓上表面，使螺栓表面呈现圆形轮廓。4.根据权利要求1所述的一种罐装车人孔盖和螺栓特征的机器人视觉识别与定位方法，其特征在于：在所述步骤二中，为实现目标匹配，基于轮廓特征的目标识别方法包括物体模板的特征库和待检测物的图像...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈朋威，
申请(专利权)人：陕西利秦智诺机器人科技有限公司，
类型：发明
国别省市：