基于深度图像立体视觉的管片拼装系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于深度图像立体视觉的管片拼装系统，包括安装在管片拼装机上的

【技术实现步骤摘要】
基于深度图像立体视觉的管片拼装系统


[0001]本专利技术涉及管片拼装系统自动化
，尤其涉及一种基于深度图像立体视觉的管片拼装系统
。

技术介绍

[0002]目前，盾构机在地铁隧道
、
公路隧道
、
铁路隧道
、
过江隧道和城市市政各种隧道工程施工中有着重要的作用
。
盾构机自动化程度对施工效率，人工成本及安全性有着至关重要的作用
。
[0003]管片拼装机是盾构机的重要组成部分，其作用是用预先制作的混凝土管片将盾构机挖好的隧道支撑保护起来，以防止因地表沉降和地下水渗透对隧道的影响，提高隧道安全性
。
管片拼装速度直接影响整个盾构机掘进速度
。
目前，国产盾构机在隧道施工中，主要依靠人工完成管片的旋转和吊运及管片拼装
。
拼装效率低，同时需要大量的人力，安全性不高
。
[0004]因此，如何不需人工干预，自动识别管片类型和管片的位姿及三维坐标，引导拼装机自动进行管片的抓取和拼装来提高工作效率，是本领域技术人员亟待解决的技术问题
。

技术实现思路

[0005]本专利技术为克服现有技术的缺陷，专利技术了一种基于深度图像立体视觉的管片拼装系统，以提高拼装效率和拼装质量
。
[0006]本专利技术采用的技术手段如下：
[0007]一种基于深度图像立体视觉的管片拼装系统，所述系统包括安装在管片拼装机上的
3D
>视觉模块和数据处理终端；所述数据处理终端与所述
3D
视觉模块连接；
[0008]在管片抓取阶段，所述数据处理终端接收所述
3D
视觉模块拍摄的待拼装管片的深度图像，计算出待拼装管片相对于管片拼装机的位置及姿态，规划管片拼装机完成管片抓取的运动轨迹，控制管片拼装机对待拼装管片进行抓取；
[0009]在管片初定位拼装阶段，所述数据处理终端接收所述
3D
视觉模块拍摄的已拼装完成的上一环管片与当前拼装环节上一块已拼装完成管片的深度图像，识别管片位置及姿态并计算出待拼装管片的目标位置姿态，规划管片拼装机完成管片初定位拼装的运动轨迹，控制管片拼装机将待拼装管片运送至目标位置进行管片初定位拼装；
[0010]在管片精确拼装阶段，所述数据处理终端接收所述
3D
视觉模块拍摄的初定位拼装完成的待拼装管片和已拼装管片的深度图像，测量出待拼装管片与已拼装管片间的高差和间隙，得到待拼装管片当前的位置姿态，对比目标位置姿态，规划管片拼装机完成管片精确拼装的运动轨迹，控制管片拼装机将待拼装管片逐步靠近目标位置进行管片精确拼装
。
[0011]在一些可能的实施例中，所述
3D
视觉模块采用深度图像立体视觉传感器
。
[0012]在一些可能的实施例中，所述管片拼装机为六自由度机器人，包括：
[0013]平移梁；
[0014]固定环，相对平移安装于所述平移梁；
[0015]旋转环，相对旋转安装于所述固定环；
[0016]V
型臂，通过第一油缸连接于所述旋转环，所述
V
型臂通过改变所述第一油缸行程来改变自身的位置及姿态；
[0017]用于抓取管片的盘体，通过第二油缸连接于所述
V
型臂，所述盘体通过改变所述第二油缸形成来改变自身的位置及姿态；
[0018]所述深度图像立体视觉传感器安装在所述旋转环上
。
[0019]在一些可能的实施例中，所述数据处理终端在接收到所述待拼装管片的所述深度图像后，从所述深度图像上获取待拼装管片的特征点或者特征平面的位置，得到所述待拼装管片的目标位姿以及目标位姿在所述深度图像立体视觉传感器所在坐标系的位置坐标，根据六自由度机器人各活动部件坐标系的换算，得到目标位姿在盘体坐标系的位置坐标，管片拼装机根据得到的位置坐标逆向求解出盘体抓取所述待拼装管片的运动轨迹
。
[0020]在一些可能的实施例中，所述数据处理终端还用于盾尾间隙识别，包括：
[0021]接收所述
3D
视觉模块拍摄的已拼装完成的上一环管片
、
已完成精确拼装的当前管片
、
盾尾壳体的深度图像；
[0022]对得到的深度图像沿管片环向切片得到至少一个经过所述当前管片被检测面的环向切片；
[0023]标记出所述环向切片与所述当前管片被检测面相交形成的环向相交线，将所述环向相交线延伸至盾尾壳体的内弧面，得到第一延伸线段，所述第一延伸线段长度即为所述当前管片与盾尾之间间隙；
[0024]对得到的深度图像沿管片径向切片得到至少一个经过所述上一环管片被检测面的径向切片；
[0025]标记出所述径向切片与所述已成环管片被检测面相交形成的径向相交线，将所述径向相交线延伸至盾尾壳体的内弧面，得到第二延伸线段，所述第二延伸线段长度即为所述已成环管片与盾尾之间间隙
。
[0026]在一些可能的实施例中，所述数据处理终端还用于成环管片质量检测，包括：
[0027]接收所述
3D
视觉模块拍摄的待检测管片的深度图像；
[0028]在所述管片拼装机的旋转环完成
360
°
范围内的旋转后，将
3D
视觉模块在各个角度采集到的深度图像进行拟合，形成一定宽度的环形深度立体图像，进行成环管片质量检测
。
[0029]在一些可能的实施例中，所述旋转环设置有用于记录回转角度的编码器，在利用所述
3D
视觉模块进行深度图像立体识别时，记录对应的编码器回转角度，在进行深度图像拟合时，根据编码器回转角度将各个角度采集到的深度图像拟合得到所述环形深度立体图像
。
[0030]在一些可能的实施例中，所述旋转环顺序转动，每转动设定角度后，所述
3D
视觉模块对待测管片进行一次深度图像立体识别，将采集到的深度图像逐个拼接形成所述环形深度立体图像
。
[0031]基于本专利技术提供的技术方案，取得的技术效果如下：
[0032]本专利技术的管片拼装系统采用
3D
视觉模块，抗干扰性更强，位姿获取的精确度更高，避免了光照的强弱对于识别和定位结果的影响，确保更为高效
、
精准的识别和定位结果，从
而更加准确的抓取
。
附图说明
[0033]此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定
。
在附图中：
[0034]图1是本专利技术实施例的深度图像立体视觉传感器的安装结构示意图
。
[0035]图2是本专利技术实施例的管片拼装机的侧面结构示意图
。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于深度图像立体视觉的管片拼装系统，其特征在于，所述系统包括安装在管片拼装机上的
3D
视觉模块和数据处理终端；所述数据处理终端与所述
3D
视觉模块连接；在管片抓取阶段，所述数据处理终端接收所述
3D
视觉模块拍摄的待拼装管片的深度图像，计算出待拼装管片相对于管片拼装机的位置及姿态，规划管片拼装机完成管片抓取的运动轨迹，控制管片拼装机对待拼装管片进行抓取；在管片初定位拼装阶段，所述数据处理终端接收所述
3D
视觉模块拍摄的已拼装完成的上一环管片与当前拼装环节上一块已拼装完成管片的深度图像，识别管片位置及姿态并计算出待拼装管片的目标位置姿态，规划管片拼装机完成管片初定位拼装的运动轨迹，控制管片拼装机将待拼装管片运送至目标位置进行管片初定位拼装；在管片精确拼装阶段，所述数据处理终端接收所述
3D
视觉模块拍摄的初定位拼装完成的待拼装管片和已拼装管片的深度图像，测量出待拼装管片与已拼装管片间的高差和间隙，得到待拼装管片当前的位置姿态，对比目标位置姿态，规划管片拼装机完成管片精确拼装的运动轨迹，控制管片拼装机将待拼装管片逐步靠近目标位置进行管片精确拼装
。2.
根据权利要求1所述的基于深度图像立体视觉的管片拼装系统，其特征在于，所述
3D
视觉模块采用深度图像立体视觉传感器
。3.
根据权利要求2所述的基于深度图像立体视觉的管片拼装系统，其特征在于，所述管片拼装机为六自由度机器人，包括：平移梁；固定环，相对平移安装于所述平移梁；旋转环，相对旋转安装于所述固定环；
V
型臂，通过第一油缸连接于所述旋转环，所述
V
型臂通过改变所述第一油缸行程来改变自身的位置及姿态；用于抓取管片的盘体，通过第二油缸连接于所述
V
型臂，所述盘体通过改变所述第二油缸形成来改变自身的位置及姿态；所述深度图像立体视觉传感器安装在所述旋转环上
。4.
根据权利要求3所述的基于深度图像立体视觉的管片拼装系统，其特征在于，所述数据处理终端在接收到所述待拼装管片的所述深度图像后，从所述深度图像上获取待拼装管片的特征点或者特征平面的位置，得到所述待拼装管片的目标位姿以及目标位姿在所述深度图像立体视觉传...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱雁飞，黄德中，杨正，庄欠伟，翟一欣，朱叶艇，黄圣，龚卫，秦元，黄健，范杰，马志刚，王浩，袁玮皓，吴文斐，曾语，孙骏，颜洪宇，
申请(专利权)人：上海城建隧道装备有限公司，
类型：发明
国别省市：