本發(fā)明涉及圖像處理，更具體的說(shuō)是涉及一種砌筑機(jī)器人砌塊識(shí)別與對(duì)齊方法。

背景技術(shù)：

1、在建筑自動(dòng)化領(lǐng)域，砌筑機(jī)器人的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)是為了提高建筑效率、減少人力成本以及提升施工質(zhì)量。精確地識(shí)別和定位砌塊是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化砌墻過(guò)程的關(guān)鍵步驟。為了達(dá)到高精度的定位，機(jī)器人需要配備先進(jìn)的視覺(jué)系統(tǒng)和智能算法來(lái)識(shí)別不同的幾何形狀和位置。

2、目前的砌筑機(jī)器人中，在進(jìn)行砌塊砌筑時(shí)，需要對(duì)砌塊進(jìn)行對(duì)齊，受砌塊規(guī)格誤差及環(huán)境因素影響，在砌筑過(guò)程中無(wú)法保證砌塊高度對(duì)齊、縫隙、平整度之間的一致性，從而導(dǎo)致砌筑墻面的質(zhì)量與效率等問(wèn)題下降。

3、因此，如何提出一種砌筑機(jī)器人砌塊識(shí)別與對(duì)齊方法，實(shí)現(xiàn)砌塊的高精度定位，并且保證砌塊能夠被精確地放置到預(yù)定位置是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟須解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供了一種砌筑機(jī)器人砌塊識(shí)別與對(duì)齊方法，解決砌筑機(jī)器人砌塊識(shí)別定位精度較低等問(wèn)題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種砌筑機(jī)器人砌塊識(shí)別與對(duì)齊方法，包括：

3、在機(jī)器人機(jī)械臂末端執(zhí)行器上安裝深度相機(jī)，通過(guò)所述深度相機(jī)捕捉砌塊圖像；

4、通過(guò)圖像處理軟件對(duì)所述砌塊圖像進(jìn)行處理；

5、對(duì)處理后的圖像進(jìn)行分析，識(shí)別砌塊的形狀、大小、位置和方向；

6、根據(jù)所述砌塊的形狀、大小、位置和方向，規(guī)劃?rùn)C(jī)械臂的動(dòng)作，確定提升高度和放置位置，并使砌塊與目標(biāo)位置對(duì)齊。

7、優(yōu)選的，通過(guò)圖像處理軟件對(duì)所述砌塊圖像進(jìn)行處理，包括：

8、使用高斯濾波對(duì)砌塊圖像進(jìn)行去噪濾波處理；減少干擾，提高圖像質(zhì)量。

9、采用sobel算子對(duì)去噪濾波后的圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)，識(shí)別出砌塊的輪廓；提取出圖像中的明顯邊緣及輪廓，有助于確定砌塊的外形。輪廓是圖像中連續(xù)的邊緣點(diǎn)組成的閉合曲線，利用像素值的梯度信息和檢測(cè)到的邊緣點(diǎn)連接起來(lái)形成完整的輪廓；

10、從圖像中提取出能夠識(shí)別砌塊的關(guān)鍵信息，識(shí)別出砌塊的特征點(diǎn)；通過(guò)分析這些特征，機(jī)器人能夠更準(zhǔn)確地識(shí)別形狀及其位置。

11、通過(guò)霍夫變換識(shí)別砌塊的幾何形狀，使用harris角點(diǎn)檢測(cè)器提取砌塊的角點(diǎn)特征。

12、優(yōu)選的，通過(guò)霍夫變換識(shí)別砌塊的幾何形狀，包括：

13、對(duì)邊緣檢測(cè)后的圖像應(yīng)用霍夫變換，得到霍夫空間中的累加器數(shù)組；

14、尋找累加器數(shù)組中的局部最大值，這些最大值對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)為圖像中的直線參數(shù)；

15、根據(jù)所述直線參數(shù)繪制出檢測(cè)到的直線，從而得到砌塊的幾何形狀；

16、使用harris角點(diǎn)檢測(cè)器提取砌塊的角點(diǎn)特征，包括：

17、計(jì)算砌塊圖像的梯度；

18、構(gòu)建一個(gè)與原始圖像大小相同的矩陣m，用于存儲(chǔ)每個(gè)像素點(diǎn)的harris響應(yīng)值；

19、遍歷圖像中的每個(gè)像素點(diǎn)，計(jì)算其鄰域內(nèi)其他像素點(diǎn)的梯度方向和大?。?/p>

20、根據(jù)harris響應(yīng)值r判斷所述像素點(diǎn)是否為角點(diǎn)；

21、r＝λ1λ2-k(λ1+λ2)2；

22、其中，λ1和λ2是矩陣m的特征值，k是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)常數(shù)；

23、當(dāng)r超過(guò)設(shè)定閾值時(shí)，所述像素點(diǎn)被認(rèn)為是角點(diǎn)；

24、提取出所有角點(diǎn)，得到砌塊的角點(diǎn)特征。

25、優(yōu)選的，對(duì)處理后的圖像進(jìn)行分析，識(shí)別砌塊的形狀、大小、位置和方向，包括：

26、預(yù)先設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)砌塊模板；

27、將提取的角點(diǎn)特征與預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)砌塊模板進(jìn)行匹配；

28、讀取輸入圖像和標(biāo)準(zhǔn)砌塊模板圖像，在輸入圖像和標(biāo)準(zhǔn)砌塊模板圖像上分別運(yùn)行surf算法，檢測(cè)輸入圖像和標(biāo)準(zhǔn)砌塊模板圖像上的關(guān)鍵點(diǎn)；

29、對(duì)于檢測(cè)到的每個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，分別生成一個(gè)描述子；該描述子是一個(gè)高維向量，包含了關(guān)鍵點(diǎn)周圍區(qū)域的信息。

30、分別對(duì)輸入圖像和標(biāo)準(zhǔn)砌塊模板圖像進(jìn)行關(guān)鍵點(diǎn)檢測(cè)和描述子計(jì)算，使用flann匹配器比較輸入圖像中的關(guān)鍵點(diǎn)描述子與標(biāo)準(zhǔn)砌塊模板圖像中的關(guān)鍵點(diǎn)描述子；

31、將特征匹配后的結(jié)果進(jìn)行輸出，確定砌塊的形狀及大小；

32、將輸出的圖像進(jìn)行分辨率和標(biāo)定參數(shù)，可以將像素尺寸轉(zhuǎn)換為實(shí)際尺寸。

33、結(jié)合特征匹配輸出的圖像，確定砌塊在工作區(qū)域內(nèi)的位置與方向。

34、優(yōu)選的，結(jié)合特征匹配輸出的圖像，確定砌塊在工作區(qū)域內(nèi)的位置與方向，包括：

35、將提取的角點(diǎn)特征與預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)砌塊模板進(jìn)行匹配，找到匹配點(diǎn)，提取匹配點(diǎn)的坐標(biāo)；

36、根據(jù)匹配點(diǎn)對(duì)，確定從標(biāo)準(zhǔn)砌塊模板到實(shí)際砌塊的單應(yīng)性矩陣；

37、根據(jù)所述單應(yīng)性矩陣，計(jì)算出砌塊在實(shí)際工作區(qū)域中的位置坐標(biāo)和方向信息；

38、將計(jì)算得到砌塊的位置坐標(biāo)和方向信息輸出。

39、優(yōu)選的，根據(jù)所述砌塊的形狀、大小、位置和方向，規(guī)劃?rùn)C(jī)械臂的動(dòng)作，包括：

40、根據(jù)計(jì)算得到的砌塊的位置坐標(biāo)，計(jì)算當(dāng)前砌塊的高度，作為機(jī)械臂放置下一層砌塊的起始點(diǎn)；在當(dāng)前砌塊高度的基礎(chǔ)上，加上一層砌塊的高度和一個(gè)預(yù)設(shè)的安全裕度值，對(duì)機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行編程，使機(jī)器人下一砌塊能提升到這一高度；確保機(jī)械臂能夠順利放置砌塊而不會(huì)發(fā)生碰撞；

41、將砌塊的目標(biāo)位置從工作區(qū)域坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到機(jī)械臂坐標(biāo)系；根據(jù)工作區(qū)域的方向，調(diào)整砌塊的方向，使與其目標(biāo)位置的法線方向一致；確保砌塊能夠準(zhǔn)確放置在預(yù)定位置；

42、根據(jù)砌塊的方向和目標(biāo)位置的朝向，調(diào)整機(jī)械臂的角度和位置。確保砌塊與目標(biāo)位置對(duì)齊。

43、優(yōu)選的，還包括：在開(kāi)始砌筑之前，設(shè)置參考點(diǎn)；

44、根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和基準(zhǔn)線，放置第一塊砌塊；

45、根據(jù)第一塊砌塊的位置與方向，對(duì)齊放置第一層砌塊；

46、對(duì)第二層及以上砌塊對(duì)齊放置。

47、優(yōu)選的，根據(jù)第一塊砌塊的位置與方向，對(duì)齊放置第一層砌塊，包括：

48、將砌塊位置轉(zhuǎn)換為全局坐標(biāo)系的方向及位置坐標(biāo)；

49、根據(jù)第一塊砌塊的位置，從第一塊砌塊和砌塊之間的間距出發(fā)，計(jì)算出并列的后續(xù)砌塊的位置即為目標(biāo)位置，對(duì)于每一個(gè)砌塊，其目標(biāo)位置的朝向與放置面的法線方向一致；

50、對(duì)齊砌塊和目標(biāo)位置，根據(jù)新砌塊的目標(biāo)位置和上一塊砌塊的位置，通過(guò)比較砌塊的方向和目標(biāo)位置的朝向計(jì)算機(jī)械臂的移動(dòng)距離和旋轉(zhuǎn)角度；

51、機(jī)器人控制系統(tǒng)將指令發(fā)送到機(jī)械臂，使其旋轉(zhuǎn)計(jì)算出的角度將機(jī)械臂移動(dòng)到目標(biāo)位置放置砌塊。

52、優(yōu)選的，在放置每一塊或每一層砌塊后，使用深度相機(jī)對(duì)砌塊層進(jìn)行識(shí)別及處理，將得到的角點(diǎn)/邊緣坐標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析每個(gè)砌塊頂點(diǎn)的高度數(shù)據(jù)，計(jì)算各砌塊之間的高度差，判斷層級(jí)的高度是否一致。

53、經(jīng)由上述的技術(shù)方案可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明公開(kāi)提供了一種砌筑機(jī)器人砌塊識(shí)別與對(duì)齊方法，包括：在機(jī)器人機(jī)械臂末端執(zhí)行器上安裝深度相機(jī)，通過(guò)所述深度相機(jī)捕捉砌塊圖像；通過(guò)圖像處理軟件對(duì)所述砌塊圖像進(jìn)行處理；對(duì)處理后的圖像進(jìn)行分析，識(shí)別砌塊的形狀、大小、位置和方向；根據(jù)所述砌塊的形狀、大小、位置和方向，規(guī)劃?rùn)C(jī)械臂的動(dòng)作，確定提升高度和放置位置，并使砌塊與目標(biāo)位置對(duì)齊。本發(fā)明具有如下有益效果，本發(fā)明利用數(shù)字圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)，霍夫變換(hough?transform)和harris角點(diǎn)檢測(cè)器，有效地從圖像中識(shí)別出砌塊的形狀和關(guān)鍵點(diǎn)。機(jī)器人能夠快速準(zhǔn)確地確定砌塊的位置和方向；通過(guò)比較提取的特征與模板中的特征，識(shí)別砌塊的形狀與大小，在輸入圖像和標(biāo)準(zhǔn)砌塊模板圖像上分別運(yùn)行surf算法以檢測(cè)關(guān)鍵點(diǎn)，用surf.detectandcompute方法和flann匹配器，實(shí)現(xiàn)快速的關(guān)鍵點(diǎn)檢測(cè)和描述子計(jì)算，以及高效的描述子匹配，從而提高整體的處理速度和匹配的準(zhǔn)確性；通過(guò)估計(jì)單應(yīng)性矩陣，機(jī)器人可以計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)模板到實(shí)際砌塊之間的平移向量和旋轉(zhuǎn)角度，確保砌塊能夠被精確地放置到預(yù)定位置。