基于机器视觉的混凝土试块抗压强度试验系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于机器视觉的混凝土试块抗压强度试验系统及方法，属于机械臂运动控制领域，通过机器视觉模块识别混凝土试块的位置信息，机器视觉模块通过机械臂控制模块控制机械臂抓取混凝土试块，机械臂将混凝土试块摆放到压力机上；然后混凝土试块摆放完成后，机械臂将混凝土试块送至识别模块识别混凝土试块的二维码信息和混凝土试块摆放完成信息，机械臂将试块传送给压力机控制模块，压力机控制模块告知压力机开始抗压试验；抗压试验完成后，机械臂将抗压试验之后的试块取出，放到下料小车留样，解决了原有机械臂手臂不能根据混凝土试块的不同位置进行有效夹取的问题，本发明专利技术对能够根据混凝土试块不同位置进行夹取，提高了夹取的稳定性。高了夹取的稳定性。高了夹取的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
基于机器视觉的混凝土试块抗压强度试验系统及方法


[0001]本专利技术属于机械臂运动控制领域，具体为一种基于机器视觉的混凝土试块抗压强度试验系统及方法。

技术介绍

[0002]目前的混凝土试块自动化试验系统，主要采用的是传统的堆垛码垛的方式，没有摄像头，也没有机器视觉。机械臂通过示教编程，每次从固定位置(或固定参考位置的偏移位置)抓取混凝土试块，然后送到压力机进行抗压试验。
[0003]以上这种固定位置(或固定参考位置的偏移位置)抓取混凝土试块的方式，比较死板，它要求混凝土试块的摆放位置要十分精准，稍有误差就会导致抓取失败，因为机械臂是去固定位置进行抓取的，一旦位置有所偏差，机械臂并不知晓，还是按照之前设定位置抓取，这样就容易出现干涉和碰撞，一旦有干涉或碰撞现象发生，机械臂会进入保护程序，自动停止工作；此外，这种方式不支持不同尺寸混凝土试块的混合放置，每次上料小车上的混凝土试块，必须是同一种尺寸，否则会出现抓取位置偏差，并导致试验系统停工，因此，现在急需一种基于机器视觉的混凝土试块抗压强度试验系统及方法来解决上述出现的问题。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的不足，本专利技术目的是提供一种基于机器视觉的混凝土试块抗压强度试验系统及方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题，本专利技术对能够根据混凝土试块不同位置进行夹取，提高了夹取的稳定性。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：一种基于机器视觉的混凝土试块抗压强度试验系统，包括机械臂、若干个压力机，所述机械臂设置在若干个压力机中间，所述机械臂上设置有机械臂控制模块、机器视觉模块，所述压力机上设置有压力机控制模块、清扫模块和识别模块，所述机器视觉模块将混凝土试块的位置信息发送至机械臂控制模块，所述机械臂控制模块控制机械臂将混凝土试块移动至识别模块，所述识别模块将混凝土试块的身份信息和混凝土试块摆放完成信息发送至压力机控制模块，所述压力机控制模块控制压力机对混凝土试块进行抗压试验，所述压力机通过清扫模块清扫压力机。
[0006]进一步地，所述机器视觉模块包括深度相机和神经网络，所述深度相机识别混凝土试块的垛形，尺寸，坐标、角度的位置信息发送至神经网络，所述神经网络将位置信息通过大数据进行采集、标记和训练，并把位置信息发送到机械臂控制模块。
[0007]进一步地，所述机械臂控制模块与机器视觉模块联动，对识别混凝土试块的垛形、尺寸、坐标、角度的位置信息进行标定和校准，机械臂控制模块与机器视觉模块完成空间坐标系的融合。
[0008]本专利技术的另一目的在于提供一种基于机器视觉的混凝土试块抗压强度试验方法，采用上述的基于机器视觉的混凝土试块抗压强度试验系统，包括如下步骤：
[0009]S1、上料：将待试验的混凝土试块摆放到上料小车，然后上料小车推到上料区域；
[0010]S2、抓取和摆放：机器视觉模块识别混凝土试块的位置信息，机器视觉模块通过机械臂控制模块控制机械臂抓取混凝土试块，机械臂将混凝土试块摆放到压力机上；
[0011]S3、试验：混凝土试块摆放完成后，机械臂将混凝土试块送至识别模块识别混凝土试块的二维码信息和混凝土试块摆放完成信息，机械臂将混凝土试块传送给压力机控制模块，压力机控制模块告知压力机开始抗压试验；
[0012]S4、留样：抗压试验完成后，压力机将试验数据上传到数据接收平台，机械臂将抗压试验之后的混凝土试块取出，放到下料小车留样，再由清扫模块将压力机上的残渣清理干净。
[0013]进一步地，机械臂抓取和摆放混凝土试块过程中，包括如下步骤：
[0014]SS1、将标准混凝土试块放置于深度相机视野内，并将机械臂移出深度相机的视野范围；
[0015]SS2、深度相机采集混凝土试块图像，其中图像包括红外强度图像和点云图像；
[0016]SS3、对图像做预处理，其中预处理包括图像增强、去噪、截取区域和尺度归一化；
[0017]SS4、将预处理后的图像输入到神经网络中运算处理，输出得到被识别的目标物的像素坐标p(u,v)
T
、最小外接矩形框和置信度s，其中p表示像素坐标，u表示水平像素坐标，v表示竖直像素坐标，T表示矩阵的转置；
[0018]SS5、对目标物置信度按照从大到小顺序排序，利用非极大值抑制算法剔除交并比c>c0的目标，再剔除目标物置信度s<s0的目标，剩余的目标物作为识别到的混凝土试块；其中c表示交并比，即两个边界框交集和并集之比，c0表示交并比的阈值，s0为置信度的阈值；
[0019]SS6、提取混凝土试块的像素坐标对应的点云坐标P(U,V,W)
T
其中P表示点云坐标，表示建立在深度相机上的三维空间坐标系下的三维坐标；
[0020]SS7、通过标定相机坐标系到机械臂坐标系的转换矩阵(R,T)，将混凝土试块的点云坐标P(U,V,W)
T
转换成机械臂坐标Q(X,Y,Z)
T
；其中，Q＝RP+T，相机坐标系是建立在相机上到三维空间坐标系；机械臂坐标系是建立在机器人本体上的三维空间坐标系；转换矩阵(R,T)是三维空间坐标系之间的线性变换转矩，其中R表示旋转矩阵，T表示平移矩阵；Q(X,Y,Z)
T
表示机械臂坐标系下的坐标；Q＝RP+T表示线性变换；
[0021]SS8、将混凝土试块的机械臂坐标按照Y轴大小由小到大排序，使机械臂先抓取近距离混凝土试块，后抓取远距离混凝土试块，避免抓取时夹爪与混凝土试块碰撞；
[0022]SS9、将转换后得到的机械臂坐标，计算最优抓取和放置路径发送给机械臂，机械臂执行抓取动作。
[0023]进一步地，机械臂控制模块通过与机器视觉模块联动，自动选择最佳路径控制机械臂机械臂抓取混凝土试块、以及将混凝土试块放到下料小车。
[0024]进一步地，机械臂控制模块与机器视觉模块联动控制机械臂在执行最佳路径时机械臂不与其他非夹取的混凝土试块发生碰撞。
[0025]进一步地，机械臂控制模块与机器视觉模块联动计算出路径最短、速度最快的路径作为最佳路径。
[0026]本专利技术的有益效果：本专利技术通过视觉识别与机器人手臂结合的方式，精确识别混凝土试块大小、数量和位置信息，引导机械臂准确、安全的抓取混凝土试块，相比传统示教
方式，降低了对混凝土试块大小、数量和码放形式的要求，更加智能化。
附图说明
[0027]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0028]图1为本专利技术一种基于机器视觉的混凝土试块抗压强度试验系统的工作原理图；
[0029]图中：1上料小车、2机械臂、3下料小车、4压力机。
具体实施方式
[0030]为使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本专利技术。
[0031]本专利技术提供一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于机器视觉的混凝土试块抗压强度试验系统，包括机械臂、若干个压力机，所述机械臂设置在若干个压力机中间，其特征在于：所述机械臂上设置有机械臂控制模块、机器视觉模块，所述压力机上设置有压力机控制模块、清扫模块和识别模块，所述机器视觉模块将混凝土试块的位置信息发送至机械臂控制模块，所述机械臂控制模块控制机械臂将混凝土试块移动至识别模块，所述识别模块将混凝土试块的身份信息和混凝土试块摆放完成信息发送至压力机控制模块，所述压力机控制模块控制压力机对混凝土试块进行抗压试验，所述压力机通过清扫模块清扫压力机。2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的混凝土试块抗压强度试验系统，其特征在于：所述机器视觉模块包括深度相机和神经网络，所述深度相机识别混凝土试块的垛形，尺寸，坐标、角度的位置信息发送至神经网络，所述神经网络将位置信息通过大数据进行采集、标记和训练，并把位置信息发送到机械臂控制模块。3.根据权利要求1所述的基于机器视觉的混凝土试块抗压强度试验方法，其特征在于：所述机械臂控制模块与机器视觉模块联动，对识别混凝土试块的垛形、尺寸、坐标、角度的位置信息进行标定和校准，机械臂控制模块与机器视觉模块完成空间坐标系的融合。4.一种基于机器视觉的混凝土试块抗压强度试验方法，其特征在于，采用如权利要求1
‑
3任意一项所述的基于机器视觉的混凝土试块抗压强度试验系统，包括如下步骤：S1、上料：将待试验的混凝土试块摆放到上料小车，然后上料小车推到上料区域；S2、抓取和摆放：机器视觉模块识别混凝土试块的位置信息，机器视觉模块通过机械臂控制模块控制机械臂抓取混凝土试块，机械臂将混凝土试块摆放到压力机上；S3、试验：混凝土试块摆放完成后，机械臂将混凝土试块送至识别模块识别混凝土试块的二维码信息和混凝土试块摆放完成信息，机械臂将混凝土试块传送给压力机控制模块，压力机控制模块告知压力机开始抗压试验；S4、留样：抗压试验完成后，压力机将试验数据上传到数据接收平台，机械臂将抗压试验之后的混凝土试块取出，放到下料小车留样，再由清扫模块将压力机上的残渣清理干净。5.根据权利要求4所述的一种基于机器视觉的混凝土试块抗压强度试验方法，其特征在于：机械臂抓取和摆放混凝土试块过程中，包括如下步骤：SS1、将标准混凝土试块放置于深度相机视野内，并将机械臂移出深度相机的视野范围；SS2、深度相机采集混凝土试块图像，其中图像包括红外强度图像和点云图...

【专利技术属性】
技术研发人员：董献国，刘军，李亚南，赵亮，音正兵，付良庆，胡晓曼，
申请(专利权)人：安徽省建筑工程质量监督检测站有限公司，
类型：发明
国别省市：