【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及自动机器人领域，尤其是涉及一种建筑施工机器人作业面法向找正的系统及方法。
技术介绍
1、在建筑打孔作业中，施工环境噪声大、灰尘多，不适合工人在该环境中长时间工作；建筑施工场地环境复杂，安全隐患较多，导致安全事故频发；传统建筑打孔工作模式通过人工目测打孔位置及方向，手持电钻枪打孔，导致打孔精度及效率低下，同时也增加了工人的工作强度。随着人工智能和机器人技术的发展，针对建筑行业中存在的问题，实现自动化、智能化建筑机器人作业是未来建筑业的发展趋势。
2、建筑施工机器人法向找正是智能化打孔机器人的关键技术之一，现有技术中，公开号为cn102284956a的中国专利公开了一种自动钻铆机器人的法向找正方法，该方法所使用的装置包括四个激光位移传感器、模拟量输入模块以及计算机，四个激光位移传感器安装在机器人的末端执行器上，并通过输入模块连接计算机，计算机连接机器人控制器。该专利技术是通过激光进行测距以及计算，该专利技术不能适用于建筑领域，不能通过相机的方式来解决建筑施工中对作业面的找正。本专利技术解决的是基于机器视觉引导的建筑打孔机器人作业面法向找正问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种建筑施工机器人作业面法向找正的系统及方法。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、一方面，本专利技术公开了一种建筑施工机器人作业面法向找正方法，所述方法基于一种建筑施工机器人作业面法向找正系统实现，所述
4、步骤s1、通过tof相机采集机器人作业面的三维点云图像；
5、步骤s2、通过点云语义分割算法对采集的三维点云图像进行分割；
6、步骤s3、通过法向量估计算法计算相机坐标系下的作业面法向量；
7、步骤s4、通过坐标系转换算法将相机坐标系下的作业面法向量转换至机械臂基坐标系下的作业面法向量；
8、步骤s5、通过机械臂误差补偿算法计算末端工具的作业方向与机械臂基坐标系下的法向量之间的偏差，基于所述偏差，完成机械臂对机器人作业面的法向找正。
9、进一步地，步骤s1包括：首先对所述tof相机进行内参标定；通过所述tof相机采集机器人作业面的三维点云图像。
10、进一步地，所述步骤s2包括：
11、步骤s21、通过所述tof相机采集多张不同角度、不同遮挡程度、不同场景下的三维点云图；
12、步骤s22、将所述三维点云图进行标注；
13、步骤s23、将标注后的三维点云图训练基于深度学习的点云语义分割算法；
14、步骤s24、通过训练完毕的点云语义分割算法对采集的三维点云图像进行分割。
15、进一步地，采用局部平面拟合的法向量估计算法计算机器人作业面的法向量。
16、进一步地，所述步骤s4包括：
17、步骤s41、利用眼在手外的方法对tof相机的外参进行标定，得到tof相机坐标系到机械臂基坐标系的转换矩阵；
18、步骤s42、基于所述转换矩阵，将所述tof相机坐标系下的法向量转换至机械臂基坐标系下的法向量。
19、进一步地，步骤s5中所述偏角若小于偏差阈值，则无需补偿，完成机械臂对机器人作业面的法向找正；若所述偏角大于偏差阈值，则将机械臂基坐标系下的法向量转换成机械臂末端姿态角，并查询得到法向量找正姿态角，将机械臂姿态调整至法向量找正姿态角以补偿所述偏角，完成机械臂对机器人作业面的法向找正。
20、第二方面，本专利技术公开了一种建筑施工机器人作业面法向找正系统，包括数据采集系统、数据处理及控制系统、作业执行系统，其中，所述数据采集系统包括tof相机、相机支架；所述tof相机固定在相机支架上；
21、所述数据处理及控制系统包括机器人工控机；所述机器人工控机内置内参补偿算法、点云语义分割算法、法向量估计算法、坐标系转换算法、机械臂误差补偿算法，所述数据处理及控制系统用于对所述系统中数据的处理和控制；
22、所述作业执行系统包括机械臂、末端工具、机器人作业面、机械臂基座平台、电控柜、机器人举升平台；所述相机支架固定在机械臂基座平台上方，所述末端工具与机械臂相连，机械臂固定在机械臂基座平台上方，所述机器人作业面与末端工具垂直，机器人工控机位于机械臂基座平台下方的电控柜内部，机械臂基座平台固定在机器人举升平台上方；
23、所述系统用于实现上述中任意一项所述的方法。
24、进一步地，所述机械臂为六自由度机械臂。
25、进一步地，所述末端工具根据工作需求选择不同的工具。
26、进一步地，所述末端工具的作业方向与所述末端工具的坐标系z轴方向平行。
27、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
28、(1)本专利技术提出一种新的建筑机器人作业面视觉引导法向找正方法，该方法采用机器视觉、数字图像处理及深度学习技术，具有精度高、速度快、信息量大、成本低等优点。
29、(2)本专利技术提出一种建筑施工机器人作业面法向找正系统，该系统包括融合点云语义分割、法向量估计、坐标系转换、机械臂误差补偿等算法，在建筑领域的作业面找正中，采用了机器视觉的方式，解决了建筑打孔机器人作业面法向找正问题，填补建筑行业空白。
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1.一种建筑施工机器人作业面法向找正方法，其特征在于，所述方法基于一种建筑施工机器人作业面法向找正系统实现，所述系统包括TOF相机，机械臂、末端工具，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种建筑施工机器人作业面法向找正方法，其特征在于，步骤S1包括：对所述TOF相机进行内参标定；通过所述TOF相机采集机器人作业面的三维点云图像。
3.根据权利要求1所述的一种建筑施工机器人作业面法向找正方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
4.根据权利要求1所述的一种建筑施工机器人作业面法向找正方法，其特征在于，采用局部平面拟合的法向量估计算法计算机器人作业面的法向量。
5.根据权利要求1所述的一种建筑施工机器人作业面法向找正方法，其特征在于，所述步骤S4包括：
6.根据权利要求1所述的一种建筑施工机器人作业面法向找正方法，其特征在于，步骤S5中所述偏角若小于偏差阈值，则无需补偿，完成机械臂对机器人作业面的法向找正；若所述偏角大于偏差阈值，则将机械臂基坐标系下的法向量转换成机械臂末端姿态角，并查询得到法向量找正姿态角，将机械臂
7.一种建筑施工机器人作业面法向找正系统，其特征在于，包括数据采集系统、数据处理及控制系统、作业执行系统，其中，所述数据采集系统包括TOF相机、相机支架；所述TOF相机固定在相机支架上；
8.根据权利要求7所述的一种建筑施工机器人作业面法向找正系统，其特征在于，所述机械臂为六自由度机械臂。
9.根据权利要求7所述的一种建筑施工机器人作业面法向找正系统，其特征在于，所述末端工具根据工作需求选择不同的工具。
10.根据权利要求7所述的一种建筑施工机器人作业面法向找正系统，其特征在于，所述末端工具的作业方向与所述末端工具的坐标系z轴方向平行。
...【技术特征摘要】
1.一种建筑施工机器人作业面法向找正方法，其特征在于，所述方法基于一种建筑施工机器人作业面法向找正系统实现，所述系统包括tof相机，机械臂、末端工具，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种建筑施工机器人作业面法向找正方法，其特征在于，步骤s1包括：对所述tof相机进行内参标定；通过所述tof相机采集机器人作业面的三维点云图像。
3.根据权利要求1所述的一种建筑施工机器人作业面法向找正方法，其特征在于，所述步骤s2包括：
4.根据权利要求1所述的一种建筑施工机器人作业面法向找正方法，其特征在于，采用局部平面拟合的法向量估计算法计算机器人作业面的法向量。
5.根据权利要求1所述的一种建筑施工机器人作业面法向找正方法，其特征在于，所述步骤s4包括：
6.根据权利要求1所述的一种建筑施工机器人作业面法向找正方法，其特征在于，步骤s5中所述偏角若小于偏差阈值...
【专利技术属性】
技术研发人员：崔国华，王雅兰，李世裴，张振山，曹丰，张若平，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：
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