一种管道内机械臂异物检测拾取装置、方法和系统制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种管道内机械臂异物检测拾取装置、方法和系统，所述装置包括检测车、六轴协作机械臂、拾取装置和工业相机以及计算机。其中六轴协作机械臂安装在检测车上，工业相机及拾取装置与六轴协作机械臂末端连接。计算机是整个系统的主控，控制检测车携带机械臂在管道内前后运行，机械臂循环运行预先计算好的不同位姿点，工业相机进行图像采集，计算机对采集的图像进行图像处理完成异物识别。当识别定位异物后，控制机械臂的运行及拾取装置的旋转，在机械臂没有碰撞管道内壁的情况下，自动将异物取出。其优点表现在：通过该方法能够避免机械臂及拾取装置与管道发生碰撞，减少管道内壁造成的损伤，能快速清除异物。能快速清除异物。能快速清除异物。

【技术实现步骤摘要】
一种管道内机械臂异物检测拾取装置、方法和系统


[0001]本专利技术涉及智能管道探测
，具体地说，是一种管道内机械臂异物检测拾取装置、方法和系统。

技术介绍

[0002]管道异物是指遗留在管道内，影响管道的某种外来物质、碎屑或物体，如散落的螺钉、螺帽、垫片、保险丝等，以金属材质居多。
[0003]管道异物检测可以利用图像处理算法对异物进行识别定位，再自动将异物取出。自动进行异物拾取是一项非常困难的工作，特别是管道口径较小时，执行机构(主要是机械臂及末端装置)有非常大概率和管道发生碰撞，而采用路径规划方法需要递归查找可能的路径，并且还需要对机械臂关节角进行逆解，计算量太大，时间太长，只具备理论可行性。
[0004]中国专利申请：202110641857.1公开了一种检测管道多余物的系统以及系统的使用方法、检测方法，解决了人工拾取管道多余物工作强度大且容易产生遗漏的问题。系统包括：移动载体模块，用于承载连接于其末端的六轴机械臂模块移动；3D视觉传感器模块，与六轴机械臂模块连接，用于探测多余物；拾取模块，与六轴机械臂模块连接，用于拾取多余物；控制器，用于控制移动载体模块和六轴机械臂模块进行操作，还包括数据处理模块和数据分析模块，数据处理模块用于接收和存储移动载体模块、六轴机械臂模块的运动数据，数据分析模块用于计算和分析运动数据。该专利主要描述了一个检测管道多余物系统的初步组成和结构搭建情况，以及说明一次检测过程的完整步骤，其核心在于如何判断管道内是否存在异物。而本专利技术是在原有研究的基础上进一步细化，本专利技术的核心是如何精确控制机械臂来拾取异物，并且避免拾取装置与管道发生碰撞，减少管道内壁造成的损伤，同时快速清除异物。
[0005]中国专利申请：201510498141.5公开了一种用于遥操作人机交互的虚拟管道动态避障控制方法，利用视觉对环境中的障碍物进行识别，通过计算与障碍物间的实时距离来设计控制力，以保证遥操作的安全性和操作性能。应用场景是机械臂末端在空间遥操作中动态躲避障碍物并到达指定位置。由于空间环境不确定或是一些非结构化环境因素导致操作不稳定，操作者难以按照期望时间控制操作末端到达指定位置，故要求操作过程中，末端点动态避开障碍物的同时实时更新最优路径，在提高操作效率的同时确保操作稳定性。但是该专利中所涉及到的算法计算量太大，时间太长，实用性差。
[0006]所以为了克服现有技术的缺陷，本专利技术创新性的提出一种安装在机械臂末端的可旋转拾取装置及处理方法，可以实现快速地清除异物。关于本专利技术一种管道内机械臂异物检测拾取装置、方法和系统目前还未见报道。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种管道内机械臂异物检测拾取装置、方法和系统。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是：
[0009]第一方面，本专利技术提供了一种管道内机械臂异物检测拾取方法，所述方法应用于一种管道内机械臂异物检测拾取装置，所述装置包括检测车2、六轴协作机械臂3、拾取装置4和计算机6，所述方法包括步骤：
[0010]步骤1：对检测车供电；
[0011]步骤2：运行六轴协作机械臂；
[0012]步骤3：工业相机采集图像；
[0013]步骤4：使用计算机确定异物在图像中的位置；
[0014]步骤5：使用计算机获取基准坐标系，并按照手眼标定法确定像素坐标系和六轴协作机械臂坐标系的坐标转换关系；
[0015]步骤6：使用计算机将异物在图像中的位置转换为在六轴协作机械臂基准坐标系下的位姿；
[0016]步骤7：使用计算机旋转拾取装置，计算出六轴协作机械臂运行位姿；并控制六轴协作机械臂及拾取装置运行到计算出的位姿，将异物吸取至收纳袋中。
[0017]优选地，如上所述步骤5中所述手眼标定法具体为：
[0018]步骤501：将基准坐标系用base表示，六轴协作机械臂末端坐标系用end表示，工业相机坐标系用cam表示，标定物坐标系用cal表示，吸嘴坐标系用tool表示；
[0019]步骤502：将六轴协作机械臂末端坐标系到基准坐标系的转换关系用
base
H
end
表示；
[0020]步骤503：工业相机坐标系到六轴协作机械臂坐标末端系的转换关系用
end
H
cam
表示；
[0021]步骤504：标定物坐标系到工业相机坐标系的转换关系作为工业相机外参，可以由相机标定求出用
cam
H
cal
表示；
[0022]步骤505：标定物坐标系到基准坐标系的变换用
base
H
cal
表示；
[0023]步骤506：坐标系之间的转换关系矩阵满足：
[0024]base
H
cal
＝
base
H
endend
H
camcam
H
cal
；
[0025]步骤507：求解出
tool
H
cam
和
base
H
cal
。
[0026]优选地，如上所述步骤6具体为：
[0027]步骤601：图像采集时六轴协作机械臂坐标系到基准坐标系的转换关系用
base
H
end
(photo)表示；
[0028]步骤602：六轴协作机械臂坐标系到基准坐标系的转换关系用
base
H
end
(take)表示；
[0029]步骤603：工业相机坐标系到六轴协作机械臂坐标系的转换关系用
end
H
cam
表示；
[0030]步骤604：异物坐标系到工业相机坐标系的转换关系用
cam
H
obj
表示，由工业相机图像及外参求出；
[0031]步骤605：拾取装置坐标系到六轴协作机械臂末端坐标系的变换用
end
H
tool
表示；
[0032]步骤606：按照：
base
H
obj
＝
base
H
end
(photo)
·
end
H
cam
·
cam
H
obj
求得异物坐标系到基准坐标系的转换关系
base
H
obj
，
tool
H
end
是
end
H
tool
的逆，按照
base
H
end
(take)＝
base
H
obj
·
tool
H
end
计算本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种管道内机械臂异物检测拾取方法，其特征在于，所述方法应用于一种管道内机械臂异物检测拾取装置，所述装置包括检测车(2)、六轴协作机械臂(3)、拾取装置(4)和计算机(6)，所述方法包括步骤：步骤1：对检测车供电；步骤2：运行六轴协作机械臂；步骤3：工业相机采集图像；步骤4：使用计算机确定异物在图像中的位置；步骤5：使用计算机获取基准坐标系，并按照手眼标定法确定像素坐标系和六轴协作机械臂坐标系的坐标转换关系；步骤6：使用计算机将异物在图像中的位置转换为在六轴协作机械臂基准坐标系下的位姿；步骤7：使用计算机旋转拾取装置，计算出六轴协作机械臂运行位姿；并控制六轴协作机械臂及拾取装置运行到计算出的位姿，将异物吸取至收纳袋中。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤5中所述手眼标定法具体为：步骤501：将基准坐标系用base表示，六轴协作机械臂末端坐标系用end表示，工业相机坐标系用cam表示，标定物坐标系用cal表示，吸嘴坐标系用tool表示；步骤502：将六轴协作机械臂末端坐标系到基准坐标系的转换关系用
base
H
end
表示；步骤503：工业相机坐标系到六轴协作机械臂坐标末端系的转换关系用
end
H
cam
表示；步骤504：标定物坐标系到工业相机坐标系的转换关系作为工业相机外参，由相机标定求出用
cam
H
cal
表示；步骤505：标定物坐标系到基准坐标系的变换用
base
H
cal
表示；步骤506：坐标系之间的转换关系矩阵满足：
base
H
cal
＝
base
H
endend
H
camcam
H
cal
；步骤507：求解出
tool
H
cam
和
base
H
cal
。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤6具体为：步骤601：图像采集时六轴协作机械臂坐标系到基准坐标系的转换关系用
base
H
end
(photo)表示；步骤602：六轴协作机械臂坐标系到基准坐标系的转换关系用
base
H
end
(take)表示；步骤603：工业相机坐标系到六轴协作机械臂坐标系的转换关系用
end
H
cam
表示；步骤604：异物坐标系到工业相机坐标系的转换关系用
cam
H
obj
表示，由工业相机图像及外参求出；步骤605：拾取装置坐标系到六轴协作机械臂末端坐标系的变换用
end
H
tool
表示；步骤606：按照：
base
H
obj
＝
base
H
end
(photo)
·
end
H
cam
·
cam
H
obj
求得异物坐标系到基准坐标系的转换关系
base
H
obj
，
tool
H
end
是
end
H
tool
的逆，按照
base
H
end
(take)＝
base
H
obj
·
tool
H
end
计算得到
base
H
end
(take)。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤7具体为：步骤701：设定
end
H
tool
(R)＝
end
H
tool
·
tool
H
toolR
；步骤702：设定拾取装置的拾取点原始坐标位置为P(X,Y,Z)，拾取装置绕y轴旋转角度θ，旋转后坐标为P
′
(X
′
,Y
′
,Z
′
)，旋转后的坐标P
′
(X
′
,Y
′
,Z
′
)与原始坐标P(X,Y,Z)之间关系
为：X
′
＝ZsinθY
′
＝YZ
′
＝Zcosθ，所以
tool
H
toolR
为：求解得：可旋转拾取装置异物拾取坐标转换关系为：
base
H
end
(take)＝
base
H
end
(photo)
·
end
H
cam
·
cam
H
obj
·
[
end
H
tool
·
tool
H
toolR
]
‑1。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述拾取装置(4)包括工业相机(401)、舵机(402)、舵机支架(404)、安装支架(405)、吸嘴(406)，所述舵机(402)通过安装支架(405)分别与工业相机(401)和吸嘴(406)连接，所述舵机(402)与舵机固定架(404)连接。6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：郎立国，孙丹，康涛，李旭，顾巍，
申请(专利权)人：中航华东光电上海有限公司，
类型：发明
国别省市：