一種鞋面噴膠軌跡線的計(jì)算方法
【專利說(shuō)明】一種鞋面噴膠軌跡線的計(jì)算方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及自動(dòng)化領(lǐng)域，特別涉及一種基于鞋底鞋面點(diǎn)云對(duì)的精確配準(zhǔn)得到的鞋 面噴膠軌跡線的計(jì)算方法。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 目前我國(guó)制鞋業(yè)的自動(dòng)化水平還比較低，特別是在噴膠流程上只有少數(shù)企業(yè)的個(gè) 別工序使用了自動(dòng)化裝備，大部分噴膠工序還是依靠工人手工完成，存在自動(dòng)化程度低、生 產(chǎn)效率低、用工荒等問(wèn)題并且日益突出，急需研發(fā)成熟的自動(dòng)化智能噴膠生產(chǎn)線以促進(jìn)行 業(yè)健康發(fā)展。本發(fā)明解決智能噴膠機(jī)器人開(kāi)發(fā)中的關(guān)鍵技術(shù)一一噴膠自動(dòng)化，通過(guò)機(jī)器視 覺(jué)與點(diǎn)云配準(zhǔn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)鞋底鞋面噴膠位置的自動(dòng)計(jì)算。
[0003] 點(diǎn)云配準(zhǔn)是指通過(guò)掃描采樣獲得的兩組有重復(fù)區(qū)域或形狀相近的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過(guò) 某種方法確定一個(gè)合適的坐標(biāo)變換使得兩組點(diǎn)云數(shù)據(jù)盡量在空間上重合，從而合并在一個(gè) 統(tǒng)一的坐標(biāo)系下。目前國(guó)內(nèi)外研宄中運(yùn)用于點(diǎn)云配準(zhǔn)的主要方法有最近點(diǎn)迭代法（英文簡(jiǎn) 稱：ICP)、正態(tài)分布（英文簡(jiǎn)稱：NDT)、奇異矩陣法（英文簡(jiǎn)稱：SVD)和極大似然法，其中ICP 是最常用的點(diǎn)云配準(zhǔn)方法。但是每種方法都有其局限性，比如ICP受限于其初始位置，極大 似然法則受限于噪聲點(diǎn)等，于是針對(duì)不同應(yīng)用出現(xiàn)了很多種改進(jìn)算法。傳統(tǒng)的配準(zhǔn)對(duì)象都 是高度重復(fù)的一對(duì)點(diǎn)云，配準(zhǔn)方法相對(duì)簡(jiǎn)單，而本發(fā)明匹配的點(diǎn)云對(duì)是通過(guò)線激光掃描儀 掃描得到的鞋底和鞋面兩組點(diǎn)云數(shù)據(jù)，點(diǎn)云對(duì)之間沒(méi)有完全重疊的部分，只是形狀相似，并 且點(diǎn)云對(duì)的初始位置是翻轉(zhuǎn)的，難以直接通過(guò)ICP算法進(jìn)行精確配準(zhǔn)。目前國(guó)內(nèi)外研宄中 此種配準(zhǔn)對(duì)象的配準(zhǔn)方法研宄還相對(duì)罕見(jiàn)。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題，在于提供一種鞋面噴膠軌跡線的計(jì)算方法，其能夠使 鞋底和鞋面兩組沒(méi)有完全重疊的點(diǎn)云數(shù)據(jù)盡可能的重疊匹配，并將點(diǎn)云對(duì)統(tǒng)一到統(tǒng)一坐標(biāo) 下，從而實(shí)現(xiàn)鞋底鞋面噴膠位置的自動(dòng)計(jì)算，解決了現(xiàn)有鞋面噴膠自動(dòng)化難題。同時(shí)，還可 以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)存在的特殊情況，利用Bezier曲線擬合方法對(duì)鞋底點(diǎn)云的輪廓線進(jìn)行局 部變形以達(dá)到理想的噴膠效果。
[0005] 本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0006] 一種鞋面噴膠軌跡線的計(jì)算方法，包括如下步驟：
[0007] 步驟10、通過(guò)線性激光掃描器掃描一組鞋底和鞋面，得到兩組點(diǎn)云數(shù)據(jù)，所述點(diǎn)云 數(shù)據(jù)為矩陣，鞋底的點(diǎn)云數(shù)據(jù)記為矩陣B，鞋面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)記為矩陣D，所述兩組點(diǎn)云數(shù)據(jù) 為需要配準(zhǔn)的原始點(diǎn)云對(duì)；
[0008] 步驟20、通過(guò)最鄰近線性插值法對(duì)所述原始點(diǎn)云對(duì)進(jìn)行預(yù)處理，得到鞋底矩陣Bl 和鞋面矩陣Dl ;所述預(yù)處理目的是保證所述原始點(diǎn)云對(duì)的矩陣大小相同；
[0009] 步驟30、利用SVD奇異矩陣分解法對(duì)所述鞋底矩陣Bl和鞋面矩陣Dl進(jìn)行計(jì)算，得 到粗匹配的旋轉(zhuǎn)矩陣Rl及平移向量Tl ;通過(guò)所述粗匹配的旋轉(zhuǎn)矩陣Rl及平移向量Tl調(diào) 整鞋底點(diǎn)云的位置，得到新的鞋底矩陣B2 ;通過(guò)所述SVD奇異矩陣分解法消除所述原始點(diǎn) 云對(duì)的旋轉(zhuǎn)錯(cuò)位和平移錯(cuò)位，為精確配準(zhǔn)提供條件；
[0010] 步驟40、利用ICP算法對(duì)所述調(diào)整后的鞋底矩陣B2和鞋面矩陣Dl進(jìn)行精確配準(zhǔn)， 所述ICP算法的輸入?yún)?shù)包括：1、調(diào)整后的鞋底矩陣B2和鞋面矩陣D1，2、迭代次數(shù)C或者 終止閾值e ;輸出精確匹配的旋轉(zhuǎn)矩陣R2和平移向量T2 ;所述迭代次數(shù)c或者終止閾值e 根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置；
[0011] 步驟50、將所述粗匹配的旋轉(zhuǎn)矩陣Rl及平移向量Tl結(jié)合所述精確匹配的旋轉(zhuǎn)矩 陣R2及平移向量T2,得到所述原始點(diǎn)云對(duì)之間的坐標(biāo)變換關(guān)系；所述坐標(biāo)變換關(guān)系具體 為：鞋底矩陣B經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)矩陣Rl和平移向量Tl變換位置，鞋面矩陣D經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)矩陣R2和 平移向量T2變換位置，所述原始點(diǎn)云對(duì)通過(guò)所述坐標(biāo)變換關(guān)系基本重合匹配；
[0012] 步驟60、獲取鞋底的外輪廓點(diǎn)云集，具體為：從原始的鞋底點(diǎn)云數(shù)據(jù)的矩陣B中， 提取鞋底輪廓周圍的點(diǎn)云數(shù)據(jù)中Z軸的值最大的點(diǎn)作為鞋底外輪廓線的輪廓點(diǎn)，從而得到 所述外輪廓點(diǎn)云集；
[0013] 步驟70、結(jié)合所述鞋底的外輪廓點(diǎn)云集，通過(guò)所述坐標(biāo)變換關(guān)系得到鞋底外輪廓 線在鞋面點(diǎn)云上的映射位置，該映射位置即為鞋面自動(dòng)噴膠時(shí)的軌跡線坐標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)了 鞋面噴膠自動(dòng)化。
[0014] 進(jìn)一步地，所述步驟30中，所述SVD奇異矩陣分解法的輸入?yún)?shù)是預(yù)處理后的鞋 底矩陣Bl和鞋面矩陣D1，所述鞋底矩陣Bl和鞋面矩陣Dl分別經(jīng)過(guò)與其各自的平均值向量 Bl_a、Dl_a的差運(yùn)算后進(jìn)行轉(zhuǎn)置再相乘得到矩陣H，再對(duì)矩陣H進(jìn)行SVD分解得到對(duì)角矩陣 S和兩個(gè)酉矩陣U和V，即[U，S，V] = svd (H)，進(jìn)而得到所求的旋轉(zhuǎn)矩陣Rl = V*U'和平移 向量 Tl = -Bl_a*Rl+Dl_a。
[0015] 進(jìn)一步地，執(zhí)行步驟10至步驟60之后，僅再執(zhí)行步驟61，所述步驟61具體：通 過(guò)Bezier曲線算法對(duì)鞋底外輪廓點(diǎn)云集中的鞋尖部分進(jìn)行變形，即對(duì)該鞋尖部分的點(diǎn)云 集進(jìn)行擬合變形，具體為：將鞋底外輪廓點(diǎn)云集的擬合變形區(qū)域選擇為鞋底前半部分的最 低點(diǎn)到鞋尖最高點(diǎn)，擬合曲線的控制點(diǎn)選擇為最低點(diǎn)、最高點(diǎn)及中間N個(gè)采樣點(diǎn)，N-I作為 Bezier曲線的階數(shù)，即Bezier曲線擬合算法的輸入為鞋底外輪廓點(diǎn)云集、采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)N，輸 出為擬合后的新鞋底外輪廓點(diǎn)云集；所述新鞋底外輪廓點(diǎn)云集通過(guò)所述坐標(biāo)變換關(guān)系得到 新鞋底外輪廓線在鞋面點(diǎn)云上的新映射位置，該新映射位置即為鞋面自動(dòng)噴膠時(shí)的軌跡線 坐標(biāo)，從而得到更為精準(zhǔn)的鞋面上配準(zhǔn)鞋底后的噴膠軌跡線。
[0016] 進(jìn)一步地，所述步驟20中，通過(guò)雙三次插值法對(duì)所述原始點(diǎn)云對(duì)進(jìn)行預(yù)處理，得 到鞋底矩陣Bl和鞋面矩陣Dl。
[0017] 進(jìn)一步地，所述步驟20中，通過(guò)最鄰近線性插值法對(duì)所述原始點(diǎn)云對(duì)進(jìn)行預(yù)處 理，得到鞋底矩陣Bl和鞋面矩陣Dl。
[0018] 所述步驟20中，通過(guò)雙線性插值法對(duì)所述原始點(diǎn)云對(duì)進(jìn)行預(yù)處理，得到鞋底矩陣 Bl和鞋面矩陣D1。
[0019] 本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0020] 本發(fā)明先通過(guò)預(yù)處理使得原始點(diǎn)云對(duì)的矩陣大小相同，而后通過(guò)SVD奇異矩陣分 解法實(shí)現(xiàn)了粗匹配，使得點(diǎn)云對(duì)方向一致且相互靠近后，再通過(guò)ICP算法實(shí)現(xiàn)精確配準(zhǔn)，獲 得點(diǎn)云對(duì)之間的坐標(biāo)變換關(guān)系。同時(shí)由于實(shí)際生產(chǎn)需求，利用Bezier曲線算法實(shí)現(xiàn)了鞋底 輪廓點(diǎn)云集的局部擬合變形，實(shí)現(xiàn)了鞋面噴膠軌跡線的精確計(jì)算，從而實(shí)現(xiàn)了噴膠自動(dòng)化。 【【附圖說(shuō)明】】
[0021] 圖1為本發(fā)明的流程示意圖。
[0022] 圖2為本發(fā)明ICP算法的流程示意圖。
[0023] 圖3為本發(fā)明鞋底鞋面初始位置示意圖。
[0024] 圖4為本發(fā)明粗匹配后效果圖。
[0025] 圖5為本發(fā)明ICP精確匹配效果圖。
[0026] 圖6為本發(fā)明鞋底外輪廓線示意圖。
[0027] 圖7為本發(fā)明通過(guò)擬合變形后的鞋底外輪廓線示意圖。
[0028] 圖8為本發(fā)明通過(guò)擬合變形后得到的鞋面噴膠軌跡線示意圖。 【【具體實(shí)施方式】】
[0029] 下面參照說(shuō)明書(shū)附圖，結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0030] 請(qǐng)參閱圖1至圖8,一種鞋面噴膠軌