基于深度图像立体视觉的管片位置姿态识别及抓取方法技术

本发明专利技术提供一种基于深度图像立体视觉的管片位置姿态识别及抓取方法，包括：管片拼装机移动至待抓取管片处，管片拼装机上安装有深度图像立体视觉传感器；利用传感器对待抓取管片进行拍摄，获取待抓取管片的深度图像，得到待抓取管片相对于管片拼装机的位置及姿态；管片拼装机根据得到的相对位置及姿态规划出抓取待抓取管片的运动轨迹，并计算出自身活动部件的运动参数；管片拼装机的活动部件根据运动参数执行运动轨迹，抓取待抓取管片

【技术实现步骤摘要】
基于深度图像立体视觉的管片位置姿态识别及抓取方法


[0001]本专利技术涉及机械工程
，尤其涉及一种基于深度图像立体视觉的管片位置姿态识别及抓取方法
。

技术介绍

[0002]随着地铁施工技术的不断发展，盾构施工已成为普遍的地铁施工方法
。
盾构机自动化程度的高低关乎到整个施工工程的安全性
、
经济性和施工效率
。
[0003]目前，在盾构施工中，管片拼装的主要过程为：首先，管片被管片吊机吊运到特制的管片小车上，待盾构机完成一环的掘进任务时，刀盘暂停工作
。
此时，管片拼装工人用遥控器操作管片拼装机移动到管片小车上方，采用人工目测的形式不断调整抓举头的位姿来抓取管片；然后，待管片抓取完成后，操作工人继续利用遥控器将管片拼装到隧道壁的相应位置中
。
上述过程，由于管片的位姿全凭人工来进行判断，全部采用传统的人工操作方法来对管片进行抓取和拼装，因此无法实现整个拼装过程的自动化，无人化
。
同时，其操作过程对工人也存在一定的作业风险，作业自动化程度低，工作效率低，用工成本高
。
因而，严重阻碍了盾构机迈入自动化智能化施工的步伐
。
[0004]因此，如何不需人工干预，识别管片的位姿，以引导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]本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种基于深度图像立体视觉的管片位置姿态识别及抓取方法，自动化程度高，工作效率高
。
其具体方案如下：
[0006]一种基于深度图像立体视觉的管片位置姿态识别及抓取方法，其包括以下步骤：
[0007]管片拼装机移动至待抓取管片处，所述管片拼装机上安装有深度图像立体视觉传感器；
[0008]利用所述深度图像立体视觉传感器对所述待抓取管片进行拍摄，获取待抓取管片的深度图像，得到待抓取管片相对于管片拼装机的位置及姿态；
[0009]管片拼装机根据得到的相对位置及姿态规划出抓取所述待抓取管片的运动轨迹，并计算出自身活动部件的运动参数；
[0010]管片拼装机的活动部件根据所述运动参数执行所述运动轨迹，抓取所述待抓取管片
。
[0011]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，所述管片拼装机的活动部件包括：
[0012]平移梁；
[0013]固定环，相对平移安装于所述平移梁；
[0014]旋转环，相对旋转安装于所述固定环；
[0015]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；
[0016]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
。
[0017]在一些可能的实施例中，两个所述深度图像立体视觉传感器对称安装于所述旋转环水平方向上的相对两侧，两个所述深度图像立体视觉传感器的拍摄范围覆盖整个所述盘体及盘体前侧的区域
。
[0018]在一些可能的实施例中，在获取到所述待抓取管片的所述深度图像后，从所述深度图像上获取待抓取管片的特征点或者特征平面的位置，得到所述待抓取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抓取管片的运动轨迹以及各活动部件的运动参数
。
[0019]在一些可能的实施例中，所述活动部件的运动参数包括第一油缸和第二油缸的行程
。
[0020]基于本专利技术提供的技术方案，取得的技术效果如下：
[0021]本专利技术利用深度图像立体视觉传感器对待抓取管片进行拍摄，得到具有深度信息的深度图像，即得到待抓取管片相对于传感器的位置及姿态，传感器安装在管片拼装机的旋转环两侧，通过旋转环坐标系与盘体坐标系的转换，可以得到待抓取管片相对于盘体的位置及姿态，从而逆向求解出盘体精准抓取待抓取管片所需要的运动轨迹和管片拼装机各部件的运动参数，如油缸行程或马达行程，控制油缸和马达改变行程，从而使得吸盘到达管片抓取位并抓取管片
。
附图说明
[0022]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：
[0023]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
。
[0024]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
。
[0025]图3是本专利技术实施例的管片拼装机的正面结构示意图
。
[0026]图4是本专利技术实施例的
V
型臂和盘体的结构示意图
。
[0027]图5是本专利技术实施例的待抓取管片位置的示意图
。
[0028]图中：1‑
深度图像立体视觉传感器；2‑
待抓取管片；
21
‑
管片顶角；3‑
管片拼装机；
31
‑
平移梁；
311
‑
大平移油缸；
32
‑
固定环；
33
‑
旋转环；
331
‑
提升油缸；
34
‑
V
型臂；
35
‑
盘体；
351
‑
回转油缸；
352
‑
俯仰油缸
。
具体实施方式
[0029]通过参考示范性实施例，本专利技术的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明
。
显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例
。
在下文中，将参考附图描述本专利技术的实施例；在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的步骤
。
[0030]本实施例一种基于深度图像立体视觉的管片位置姿态识别及抓取方法，该方法主要包括以下步骤：
[0031]步骤
S1
：管片拼装机3移动至待抓取管片2处，管片拼装机3上安装有深度图像立体视觉传感器1，如图1所示；
[0032]一般的图像只具有二维信息，既平面内点的位置，而深度图像立体视觉传感器1获得的深度图像可获得可识别范围内物体表面相对与传感器的距离，既深度，所以深度图像可以描绘物体的三维轮廓
。
当深度图像立体视觉传感器1拍摄到了管片的几个特征点
(
如图5中的管片顶角
21)
或者平面的位置
(
例如管片本文档来自技高网...

【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位置姿态识别及抓取方法，其特征在于，包括以下步骤：管片拼装机移动至待抓取管片处，所述管片拼装机上安装有深度图像立体视觉传感器；利用所述深度图像立体视觉传感器对所述待抓取管片进行拍摄，获取待抓取管片的深度图像，得到待抓取管片相对于管片拼装机的位置及姿态；管片拼装机根据得到的相对位置及姿态规划出抓取所述待抓取管片的运动轨迹，并计算出自身活动部件的运动参数；管片拼装机的活动部件根据所述运动参数执行所述运动轨迹，抓取所述待抓取管片
。2.
根据权利要求1所述的基于深度图像立体视觉的管片位置姿态识别及抓取方法，其特征在于，所述管片拼装机为六自由度机器人，所述管片拼装机的活动部件包括：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...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄欠伟，杨正，黄德中，朱叶艇，范杰，黄健，王浩，翟一欣，袁玮皓，吴文斐，李新宇，袁向华，吴兆宇，孙骏，龚卫，张闵庆，朱雁飞，
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：