[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

说明书

本发明涉及一种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，其中，视觉管片抓取识别是通过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，引导拼装机对待抓取管片的抓取；管片拼装定位是在管片抓取后，通过预先计算粗定位，将管片移动到目标位置，之后对于不同类型的管片设计对应的拼装方式，实现管片的精定位拼装，完成对整环管片的拼装工作。本发明能够实现管片的快速识别和拼装，且拼装定位稳定性好，准确率高。

技术领域

本发明涉及机械工程技术领域，尤其涉及一种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。

背景技术

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。

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。

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。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种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，本发明通过RGB-D视觉实现管片类型判断以及获得管片的位置和姿态，完成管片抓取的引导工作，通过提取计算和RGB识别管片螺栓孔和边完成管片的拼装。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种RGB-D视觉管片抓取识别系统，该系统包括安装在拼装机上的前方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，引导拼装机对待抓取管片的抓取。

进一步地，所述前方3D视觉模块包括RGB-D相机和光源，所述RGB-D相机用于拍摄管片表面的点云数据。

一种管片拼装定位系统，该系统包括安装在拼装机上的前方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上表面的前方；左侧RGB视觉模块和右侧RGB视觉模块分别安装于抓取平台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。