[发明专利]RGB-D视觉管片抓取识别系统、拼装定位系统及拼装定位方法

权利要求书

1.一种RGB-D视觉管片抓取识别系统，其特征在于，该系统包括安装在拼装机(1)上的前方3D视觉模块和数据处理终端；所述前方3D视觉模块安装于抓取平台(15)上表面的前方；

所述数据处理终端与所述前方3D视觉模块连接；在管片抓取阶段，所述数据处理终端接收RGB-D相机拍摄的管片表面的点云数据，通过滤波移除离群点和减少噪声点干扰，再通过点云分割去除背景点云，得到管片点云；通过点云平滑以及法线估计对模板管片和待抓取管片的点云进行配准，完成待抓取管片的识别和位姿估计，引导拼装机(1)对待抓取管片的抓取。

2.根据权利要求1所述的RGB-D视觉管片抓取识别系统，其特征在于，所述前方3D视觉模块包括RGB-D相机(21)和光源(22)，所述RGB-D相机(21)用于拍摄管片表面的点云数据。

3.一种管片拼装定位系统，其特征在于，该系统包括安装在拼装机(1)上的前方3D视觉模块、左侧RGB视觉模块、右侧RGB视觉模块和数据处理终端；所述前方3D视觉模块安装于抓取平台(15)上表面的前方；左侧RGB视觉模块(3)和右侧RGB视觉模块(4)分别安装于抓取平台(15)上表面的左侧和右侧；

所述数据处理终端与所述前方3D视觉模块、左侧RGB视觉模块、右侧RGB视觉模块连接；在管片抓取阶段，所述数据处理终端接收RGB-D相机拍摄的管片表面的点云数据，通过滤波移除离群点和减少噪声点干扰，再通过点云分割去除背景点云，得到管片点云；通过点云平滑以及法线估计对模板管片和待抓取管片的点云进行配准，完成待抓取管片的识别和位姿估计，引导拼装机(1)对待抓取管片的抓取；

在拼装粗定位阶段，所述数据处理终端通过待抓取管片位姿和类型及预先计算得到的管片拼装位置，引导拼装机(1)将待抓取管片移到拼装粗定位位置；

在拼装精定位阶段，所述数据处理终端根据待抓取管片的类别，开启前方3D视觉模块、左侧RGB视觉模块或右侧RGB视觉模块，识别待拼装的管片螺栓孔和/或边，引导待拼装的管片与已拼装管片对齐。

4.根据权利要求3所述的管片拼装定位系统，其特征在于，所述前方3D视觉模块、左侧RGB视觉模块、右侧RGB视觉模块均包括一个RGB-D相机(21)和一个光源(22)，所述RGB-D相机(21)用于拍摄管片表面的点云数据。

5.根据权利要求3所述的管片拼装定位系统，其特征在于，所述拼装机(1)包括行走梁(11)、提升油缸(12)、回转机构(13)、旋转架(14)、抓取平台(15)、渣土传送带(16)和平移油缸；所述旋转架(14)安装在行走梁(11)上，回转机构(13)安装在旋转架(14)后方，两个提升油缸(12)分别安装在回转机构(13)的两侧，抓取平台(15)通过轭架固定在两个提升油缸(12)上，渣土传送带(16)安装在行走梁(11)中间，平移油缸安装在行走梁(11)上且位于旋转架(14)内侧，用于实现提升油缸(12)的整体平移；所述提升油缸(12)用于提升抓取平台(15)，回转机构(13)用于实现提升油缸(12)和抓取平台(15)的旋转。

6.一种基于权利要求3～5中任意一项所述的管片拼装定位系统的管片拼装定位方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤一：通过抓取管片位姿和类型及预先计算得到的管片拼装位置，使拼装机(1)将管片移到拼装粗定位位置；

步骤二、拼装当前环第一片标准片时，开启前方3D视觉模块(2)、左侧RGB视觉模块(3)和右侧RGB视觉模块(4)，同时满足如下三个条件，则判定当前管片拼装完成；

条件1：利用前方3D视觉模块(2)，通过RGB-D相机，用于识别待拼装的管片长边及上一环已拼装好的管片长边，计算两边之间的距离，当距离小于或等于设定的阈值，则判定为与待拼装管片的上一环管片对齐；

条件2：利用左侧RGB视觉模块(3)，通过识别待拼装管片的左侧两个螺栓孔和上一环已拼装好的管片的左侧螺栓孔，若三个孔中心点成一条直线，则判定为与待拼装管片的上一环管片对齐；

条件3：利用右侧RGB视觉模块(4)，通过识别待拼装管片的右侧两个螺栓孔和上一环已拼装好的管片的右侧螺栓孔，若三个孔中心点成一条直线，则判定为与待拼装管片的上一环管片对齐；

步骤三、拼装当前环第二片标准片或第一片邻接片时，开启前方3D视觉模块(2)和右侧RGB视觉模块(4)，当同时满足如下三个条件判定当前管片拼装完成；

条件1：利用前方3D视觉模块(2)，通过RGB-D相机，用于识别待拼装的管片长边及上一环已拼装好的管片长边，计算两边之间的距离，当距离小于或等于设定的阈值，则判定为与待拼装管片的上一环管片对齐；

条件2：利用右侧RGB视觉模块(4)，通过识别待拼装管片右侧的已拼装管片左侧两个螺栓孔和待拼装管片的右侧两个螺栓孔，若四个孔中心点所成的四边形的四个角都是直角，则判定与待拼装管片右侧的已拼装管片对齐；

条件3：利用右侧RGB视觉模块(4)，通过识别待拼装管片右侧的已拼装管片左侧边和待拼装管片的右侧边，计算两边之间的距离，当距离小于或等于设定的阈值，则判定与待拼装管片右侧的已拼装管片对齐；

步骤四、拼装当前环第三片标准片或第二片领接片时，开启前方3D视觉模块(2)和左侧RGB视觉模块(3)，当同时满足如下三个条件时，判定当前管片拼装完成；

条件1：利用前方3D视觉模块(2)，通过RGB-D相机，用于识别待拼装的管片长边及上一环已拼装好的管片长边，计算两边之间的距离，当距离小于或等于设定的阈值，则判定为与待拼装管片上一环管片对齐；

条件2：利用左侧RGB视觉模块(3)，通过识别待拼装管片左侧的已拼装管片右侧两个螺栓孔和待拼装管片的左侧两个螺栓孔，若四个孔中心点所成的四边形的四个角都是直角，则判定与待拼装管片左侧的已拼装管片对齐；

条件3：利用左侧RGB视觉模块(3)，通过识别待拼装管片左侧的已拼装管片右侧边和待拼装管片的左侧边，计算两边之间的距离，当距离小于或等于设定的阈值，则判定与待拼装管片左侧的已拼装管片对齐；

步骤五、拼装当前环封顶片时，开启前方3D视觉模块(2)、左侧RGB视觉模块(3)和右侧RGB视觉模块(4)，当同时满足三个条件时，则判定当前管片拼装完成；

条件1：利用前方3D视觉模块(2)，通过RGB-D相机，用于识别已拼装好的管片长边与靠近其的待拼装的管片的边，计算两者之间的距离，当距离小于或等于设定的阈值，则判定为与待拼装管片上一环管片对齐；

条件2：利用左侧RGB视觉模块(3)，通过识别待拼装管片左侧的已拼装管片右侧边和待拼装管片的左侧边，计算两边之间的距离，当距离小于或等于设定的阈值，则判定与待拼装管片左侧的已拼装管片对齐；

条件3：利用右侧RGB视觉模块(4)，通过识别待拼装管片右侧的已拼装管片左侧边和待拼装管片的右侧边，计算两边之间的距离，当距离小于或等于设定的阈值，则判定与待拼装管片右侧的已拼装管片对齐；

步骤六、完成整环管片拼装工作。