[发明专利]机械臂抓取物体三维点云模型孔洞修复及规则体拟合方法

权利要求书

1.一种机械臂抓取物体三维点云模型孔洞修复及规则体拟合方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)对机械臂抓取物体三维点云模型存在的孔洞进行检测，获得边界线；

(2)针对步骤(1)获得的边界线基于工程先验信息进行分割，修复边界线，获得简单、闭合的孔边界；

(3)针对步骤(2)获得的孔边界，利用孔洞修复和点云补全方法结合物体形状信息填补孔洞，获得完整点云模型；所述步骤(3)中，针对步骤(2)获得的孔边界，利用孔洞修复和点云补全方法结合物体形状信息填补孔洞，具体如下：

4.1)对于位于侧面由于机械爪遮挡产生的孔，其具有形状规则、尺寸中等、位置固定的特点，而侧面非缺失位置几何形状较为完整，使用泊松曲面重建方法对整个侧面的形状进行拟合，得到估计的连续曲面；然后针对步骤(2)产生的孔边界，确定孔的位置，根据孔洞边界的包围盒确定填充区域，对位于区域内的连续曲面做插值处理以获得填充点；

4.2)对于位于底部由于重建视角限制产生的缺失面，采用点云补全的方法处理，即对于工程中抓取的具有对称性的规则体，上述缺失面始终会与机械爪主方向的法平面平行，因此底部的缺失区域通过与其对称的建模完好的顶部区域修复，结合步骤(2)产生的孔边界，精确定位填充区域，减小对点云原有点的影响；

(4)针对步骤(3)获得的完整点云模型，结合点云形状校正位姿，绘制最小包围盒，完成规则体拟合；具体如下：

5.1)对点云模型做进一步的位姿校正，具体操作为：对完整点云模型做Ransac平面提取处理，使点云模型旋转至底面与水平面平行；将点云向水平面做投影，对投影点云沿x轴和y轴绘制包围框，将投影点云绕z轴做0～180°旋转，寻找能使包围框面积最小的旋转角度；经过上述两次旋转即可将点云模型三轴与世界坐标系三轴对齐；

5.2)对旋转后的点云模型沿世界坐标系三轴方向寻找最大最小坐标，绘制包围盒，再通过旋转的逆变换即可得到原点云的包围盒，完成规则体拟合。

2.根据权利要求1所述的机械臂抓取物体三维点云模型孔洞修复及规则体拟合方法，其特征在于：所述步骤(1)中，对机械臂抓取物体三维点云模型存在的孔洞进行检测，获得边界线，具体包括如下步骤：

2.1)对点云模型做去除离群点的滤波处理，减小离群点对于边缘检测的影响；

2.2)对步骤2.1)处理后的点云模型进行边缘检测，具体为：对于点云中的每一个点，考察其k近邻点，运用协方差分析方法求出该点的法线方向，将k近邻点向切平面做投影，根据最大角度度量准则判断该点是否为孔边界点；

2.3)利用近邻法对边界点进行连接，形成封闭曲线，并依据距离和矢量偏转角度对不同孔的边界进行聚类。

3.根据权利要求1所述的机械臂抓取物体三维点云模型孔洞修复及规则体拟合方法，其特征在于：所述步骤(2)中，针对步骤(1)获得的边界线基于工程先验信息进行分割，修复边界线，获得简单、闭合的孔边界，具体如下：

3.1)利用相机建模时提供的角度信息对点云模型做位姿校正，结合模型的形状以及高度信息对包含多个孔的边界线进行分割，以此区分在其侧面由于机械爪遮挡产生的孔边界和在其底部因重建视角限制产生的缺失面边界；

3.2)经过步骤3.1)的分割会产生多条非闭合边界线，利用三次B样条曲线拟合、插值对非闭合边界线进行修复，获得每个孔所对应的闭合孔边界。