CN109826648B - 一种双目管片拼装识别系统及其拼装识别方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种双目管片拼装识别系统及其拼装识别方法，包括：拼装机机械本体；第一双目识别模块，用于识别待抓取的当前管片位姿和当前管片上第一螺栓孔的三维坐标，以引导拼装机机械本体对当前管片的抓取；第二双目识别模块，用于识别待对齐的上一块已拼装好的管片位姿和上一块已拼装好的管片上第二螺栓孔的三维坐标，以引导拼装机机械本体将当前管片与上一块已拼装好的管片拼装对齐，完成对当前管片的拼装。本申请通过第一双目识别模块和第二双目识别模块对管片的位姿、管片上各螺栓孔的三维坐标进行计算求取，从而对拼装机的抓取拼装提供引导信息，完成管片抓取拼装的作业任务，工作效率高，准确性高。

Description

一种双目管片拼装识别系统及其拼装识别方法

技术领域

本发明涉及机械工程技术领域，特别是涉及一种双目管片拼装识别系统及其拼装识别方法。

背景技术

随着地铁施工技术的不断发展，盾构施工已成为普遍的地铁施工方法。盾构机自动化程度的高低关乎到整个施工工程的安全性、经济性和施工效率。

目前，在盾构施工中，管片拼装的主要过程为：首先，管片被管片吊机吊运到特制的管片小车上，待盾构机完成一环的掘进任务时，刀盘暂停工作。此时，管片拼装工人用遥控器操作管片拼装机移动到管片小车上方，采用人工目测的形式不断调整抓举头的位姿来抓取管片；然后，待管片抓取完成后，操作工人继续利用遥控器将管片拼装到隧道壁的相应位置中。上述过程，由于管片的位姿全凭人工来进行判断，全部采用传统的人工操作方法来对管片进行抓取和拼装，因此无法实现整个拼装过程的自动化，无人化。同时，其操作过程对工人也存在一定的作业风险，作业自动化程度低，工作效率低，用工成本高。因而，严重阻碍了盾构机迈入自动化智能化施工的步伐。

因此，如何不需人工干预，识别管片的位姿，以引导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

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种双目管片拼装识别系统，可以通过双目识别模块识别管片的位姿、管片上各螺栓孔的三维坐标，完成管片抓取和拼装的引导工作，工作效率高。其具体方案如下：

一种双目管片拼装识别系统，包括：

拼装机机械本体；

第一双目识别模块，用于识别待抓取的当前管片位姿和所述当前管片上第一螺栓孔的三维坐标，以引导所述拼装机机械本体对所述当前管片的抓取；

第二双目识别模块，用于识别待对齐的上一块已拼装好的管片位姿和所述上一块已拼装好的管片上第二螺栓孔的三维坐标，以引导所述拼装机机械本体将所述当前管片与所述上一块已拼装好的管片拼装对齐，完成对所述当前管片的拼装。

优选地，在本发明实施例提供的上述双目管片拼装识别系统中，所述第一双目识别模块和所述第二双目识别模块均位于所述拼装机机械本体下方的抓举头的同一侧。

优选地，在本发明实施例提供的上述双目管片拼装识别系统中，所述第一双目识别模块包括第一工业相机、第二工业相机、第一光源和第一结构光投影仪；其中，

所述第一工业相机和所述第一光源，用于对所述当前管片上的二维码进行识别，将所述当前管片的二维码信息读出并存储；所述当前管片的二维码信息包含所述当前管片特征点、所述第一螺栓孔在管片自身坐标下的三维坐标；所述第一工业相机、所述第二工业相机和所述第一结构光投影仪，用于获取所述当前管片上特征点在相机坐标系下的三维坐标，结合所述当前管片的二维码信息计算出所述当前管片在相机坐标系下的位姿以及所述第一螺栓孔在相机坐标系下的三维坐标，得到所述当前管片的空间定位，以引导所述拼装机机械本体对所述当前管片进行抓取并移动至已知的待拼装点位处。

优选地，在本发明实施例提供的上述双目管片拼装识别系统中，所述第一光源和所述第一结构光投影仪均位于所述第一工业相机和所述第二工业相机的中间位置。

优选地，在本发明实施例提供的上述双目管片拼装识别系统中，所述第一双目识别模块还包括安装所述第一工业相机和所述第二工业相机的第一相机支架，安装所述第一结构光投影仪的第一投影仪支架，以及安装所述第一光源的第一光源支架。

优选地，在本发明实施例提供的上述双目管片拼装识别系统中，所述第一相机支架、所述第一投影仪支架和所述第一光源支架均焊接在所述拼装机机械本体旋转臂的正下方处。

优选地，在本发明实施例提供的上述双目管片拼装识别系统中，所述第二双目识别模块包括第三工业相机、第四工业相机、第二光源和第二结构光投影仪；其中，

所述第三工业相机和所述第二光源，用于对待对齐的上一块已拼装好的管片上二维码进行识别，将所述上一块已拼装好的管片的二维码信息读出并存储；所述上一块已拼装好的管片的二维码信息包含所述上一块已拼装好的管片特征点、所述第二螺栓孔在管片自身坐标下的三维坐标；

所述第三工业相机、所述第四工业相机和所述第二结构光投影仪，用于获取所述上一块已拼装好的管片上特征点在相机坐标系下的三维坐标，结合所述上一块已拼装好的管片的二维码信息计算出所述上一块已拼装好的管片在相机坐标系下的位姿以及所述第二螺栓孔在相机坐标系下的三维坐标，得到所述上一块已拼装好的管片的空间定位，以引导所述拼装机机械本体将抓取的所述当前管片与所述上一块已拼装好的管片拼装对齐，完成对所述当前管片的拼装。

优选地，在本发明实施例提供的上述双目管片拼装识别系统中，所述第二光源和所述第二结构光投影仪均位于所述第三工业相机和所述第四工业相机的中间位置。

优选地，在本发明实施例提供的上述双目管片拼装识别系统中，所述第二双目识别模块还包括安装所述第三工业相机和所述第四工业相机的第二相机支架，安装所述第二结构光投影仪的第二投影仪支架，以及安装所述第二光源的第二光源支架。

优选地，在本发明实施例提供的上述双目管片拼装识别系统中，所述第二相机支架、所述第二投影仪支架、所述第二光源支架均焊接在所述拼装机机械本体中旋转臂的正下方处。

本发明实施例还提供了一种本发明实施例提供的上述双目管片拼装识别系统的拼装识别方法，包括：

将待抓取的当前管片通过吊机吊运放置到拼装机机械本体下方的待抓区域；

通过第一双目识别模块识别所述当前管片位姿和所述当前管片上第一螺栓孔的三维坐标；

根据识别出的所述当前管片位姿和所述第一螺栓孔的三维坐标，引导所述拼装机机械本体对所述当前管片进行抓取并移动至已知的待拼装点位处；

通过所述拼装机机械本体实时反馈所述当前管片位姿和所述第一螺栓孔的三维坐标；

通过第二双目识别模块识别待对齐的上一块已拼装好的管片的位姿和所述上一块已拼装好的管片上第二螺栓孔的三维坐标；

根据实时反馈的所述当前管片位姿、所述第一螺栓孔的三维坐标和识别出的所述上一块已拼装好的管片的位姿、所述第二螺栓孔的三维坐标，引导所述拼装机机械本体将所述当前管片与所述上一块已拼装好的管片拼装对齐，完成对所述当前管片的拼装。

优选地，在本发明实施例提供的上述双目管片拼装识别系统的拼装识别方法中，通过第一双目识别模块识别所述当前管片位姿和所述当前管片上第一螺栓孔的三维坐标，具体包括：

启动第一工业相机和第一光源，对所述当前管片上的二维码进行识别，将所述当前管片的二维码信息读出并存储；所述当前管片的二维码信息包含所述当前管片特征点、所述第一螺栓孔在管片自身坐标下的三维坐标；

关闭所述第一光源，启动所述第一工业相机、第二工业相机和第一结构光投影仪，获取所述当前管片上特征点在相机坐标系下的三维坐标，结合所述当前管片的二维码信息计算出所述当前管片在相机坐标系下的位姿以及所述第一螺栓孔在相机坐标系下的三维坐标，得到所述当前管片的空间定位。

优选地，在本发明实施例提供的上述双目管片拼装识别系统的拼装识别方法中，通过第二双目识别模块分别识别已放置初步拼装点位的所述当前管片和已拼装好的上一块已拼装好的管片的位姿和所述上一块已拼装好的管片上第二螺栓孔的三维坐标，具体包括：

启动第三工业相机和第二光源，对待对齐的上一块已拼装好的管片二维码进行识别，将所述上一块已拼装好的管片二维码信息读出并存储；所述上一块已拼装好的管片二维码信息包含所述上一块已拼装好管片的特征点、所述第二螺栓孔在管片自身坐标下的三维坐标；

关闭所述第二光源，启动所述第三工业相机、第四工业相机和第二结构光投影仪，获取所述上一块已拼装好的管片特征点在相机坐标系下的三维坐标，结合所述上一块已拼装好的管片的二维码信息计算出所述上一块已拼装好的管片在相机坐标系下的位姿以及所述第二螺栓孔在相机坐标系下的三维坐标，得到所述上一块已拼装好的管片的空间定位。

从上述技术方案可以看出，本发明所提供的一种双目管片拼装识别系统及其拼装识别方法，包括：拼装机机械本体；第一双目识别模块，用于识别待抓取的当前管片位姿和当前管片上第一螺栓孔的三维坐标，以引导拼装机机械本体对当前管片的抓取；第二双目识别模块，用于识别待对齐的上一块已拼装好的管片位姿和上一块已拼装好的管片上第二螺栓孔的三维坐标，以引导拼装机机械本体将当前管片与上一块已拼装好的管片拼装对齐，完成对当前管片的拼装。

本发明通过第一双目识别模块和第二双目识别模块对管片的位姿和各螺栓孔的三维坐标进行计算求取，从而对拼装机的抓取拼装提供引导，完成管片抓取拼装的作业任务，工作效率高，准确性高，同时，采用双目识别模块相较于采用单目+线结构光识别模块而言，无需高精度滑轨以及编码器来辅助识别特征点的三维坐标，也避免了需要对滑轨进行标定以及施工现场振动对于测量结果的影响，相较于采用单目+面结构光识别模块，无需对投射出的面结构光进行复杂的编码，且该种形式需将编码图案一副副投射到物体表面，然后进行解码操作，这个过程比较耗时，效率难以提升。本发明与之相比提高了特征点三维坐标获取的效率，同时采用双目识别模块抗干扰性更强，能够得到质量更好的深度图像，采用两个双目识别模块能够扩展设备工作时的视野范围，特别是在管片进行最后的精调过程中，能够同时得到上一块已拼装好的管片的图像和当前管片的图像，避免了单个双目识别模块需要反复运动获取两个管片的图像，确保更为精准的拼接结果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的双目管片拼装识别系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的第一双目识别模块和第二双目识别模块的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的双目管片拼装识别系统的拼装识别方法的流程图；

图4为本发明实施例提供的双目管片拼装识别系统的拼装识别方法的具体流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种双目管片拼装识别系统，如图1所示，包括：

拼装机机械本体1；

第一双目识别模块2，用于识别待抓取的当前管片01的位姿和当前管片01上第一螺栓孔03的三维坐标，以引导拼装机机械本体1对当前管片01的抓取；

第二双目识别模块3，用于识别待对齐的上一块已拼装好的管片位姿和上一块已拼装好的管片上第二螺栓孔04的三维坐标，以引导拼装机机械本体1将当前管片01与上一块已拼装好的管片拼装对齐，完成对当前管片01的拼装。

其中，第一螺栓孔03为管片与上一块已拼装好的管片相接的一侧的螺栓孔，可以以3等分的形式设置3个第一螺栓孔03在管片的一侧，第二螺栓孔04为管片与下一块带拼装的管片相接的一侧的螺栓孔，可以以3等分的形式设置3个第二螺栓孔04在管片的一侧。

在本发明实施例提供的上述双目管片拼装识别系统中，通过第一双目识别模块和第二双目识别模块对管片的位姿、管片上各螺栓孔的三维坐标进行计算求取，从而对拼装机的抓取拼装提供引导，完成管片抓取拼装的作业任务，工作效率高，准确性高，同时，采用双目识别模块相较于采用单目+线结构光识别模块而言，无需高精度滑轨以及编码器来辅助识别特征点的三维坐标，也避免了需要对滑轨进行标定以及施工现场振动对于测量结果的影响，相较于采用单目+面结构光识别模块，无需对投射出的面结构光进行复杂的编码，且该种形式需将编码图案一副副投射到物体表面，然后进行解码操作，这个过程比较耗时，效率难以提升。本发明实施例与之相比提高了特征点三维坐标获取的效率，同时采用双目识别模块抗干扰性更强，能够得到质量更好的深度图像，采用两个双目识别模块能够扩展设备工作时的视野范围，特别是在管片进行最后的精调过程中，能够同时得到上一块已拼装好的管片的图像和当前管片01的图像，避免了单个双目识别模块需要反复运动获取两个管片的图像，确保更为精准的拼接结果。

具体实施时，在本发明实施例提供的上述双目管片拼装识别系统中，如图1所示，第一双目识别模块2和第二双目识别模块3均可以安装在拼装机机械本体下方，正对着管片。具体地，第一双目识别模块2和第二双目识别模块3均可以位于拼装机机械本体1下方的抓举头02的同一侧。

具体实施时，在本发明实施例提供的上述双目管片拼装识别系统中，为了识别待抓管片的位姿，在各管片上均设置有二维码，如图2所示，第一双目识别模块2可以包括第一工业相机21、第二工业相机22、第一光源23和第一结构光投影仪24；其中，第一工业相机21和第一光源23，用于对当前管片01上的二维码进行识别，将当前管片01的二维码信息读出并存储；当前管片01的二维码信息包含当前管片01特征点、第一螺栓孔03在管片自身坐标下的三维坐标；第一工业相机21、第二工业相机22和第一结构光投影仪24，用于获取当前管片01上特征点在相机坐标系下的三维坐标，结合当前管片01的二维码信息计算出当前管片01在相机坐标系下的位姿以及第一螺栓孔03在相机坐标系下的三维坐标，通过双目系统与拼装机机械本体1的手眼标定结果，将上述在相机坐标系下的管片位姿以及第一螺栓孔三维坐标转换到拼装机机械本体1的拼装机坐标系下，得到当前管片在拼装机坐标系下的空间定位，以引导拼装机机械本体1对当前管片01进行抓取并移动至已知的待拼装点位处，待拼装点位为一个粗略的位置，以便后续拼装机械本体1能够快速完成拼接。

其中，管片的特征点为用户预先设定在管片上多个用于定位的点，特征点在选定时可以设置在管片的任意位置，例如，特征点为设置在二维码四周四个边角处，通过在管片表面设置标记表明特征点位置，标记的形式可以包括颜色、结构上的凹陷或凸起等形式。

其中，相机坐标系和拼装机坐标系之间可以通过相应的坐标转换算法进行转换。

需要说明的是，读取的二维码信息存储了管片的3D模型，管片上所有点的坐标都能够通过该模型读出，通过双目识别模块得出特征点在相机坐标系下的坐标，并结合从管片二维码内读出的特征点在管片自身坐标系下的三维坐标，通过预设的空间坐标系转换算法即可求出管片坐标系到相机坐标系的旋转平移变换量，旋转平移变换量以坐标轴原点作为参照点，包括X轴、Y轴和Z轴的平移量和旋转量，通过旋转平移变换量便可求取出管片坐标系到相机坐标系的旋转平移变换矩阵，同时该矩阵也是管片在相机坐标系下的位姿矩阵，再结合第一螺栓孔03在管片自身坐标系下的坐标，最终计算出第一螺栓孔03在相机坐标系下的坐标。这里引入二维码存储信息的方式，可以提高系统的容错能力，以及提高管片位姿计算的准确度。

其中，在采用上述预设的空间坐标系转换算法时，管片的特征点数应不少于4个点。

上述通过第一工业相机、第二工业相机和第一结构光投影仪来获取当前管片上特征点的三维坐标可以采用下述方式：

由于工业相机中世界坐标到像素坐标的转换关系为；

其中，为任意尺度系数，，，为外参旋转和平移矩阵，为内参矩阵；

则第一工业相机和第二工业相机从世界坐标到像素坐标的转换关系为：

第一工业相机：；

第二工业相机：；

通过标定得到第一工业相机和第二工业相机内外参数、、、。

第一工业相机坐标系转换到第二工业相机坐标系的旋转平移矩阵为：

根据投影的结构光找到管片上特征点在左右图像的匹配点和。

连接像点（管片上特征点在左右图像的匹配点）与相机投影中心进行反投影，两条光线的交点位置即为管片上特征点在相机坐标系下的三维坐标。

如果从世界坐标到左右相机像素坐标的转换关系可表示为：

其中，，为比例因子，和为两个摄像机成像投影变换矩阵。

则在两个成像公式中得到方程：

解方程可得特征点在相机坐标系下的坐标。

优选地，如图2所示，第一光源23和第一结构光投影仪24均可以位于第一工业相机21和第二工业相机22的中间位置。需要说明的是，第一工业相机21和第二工业相机22的位置可以互换。

进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述双目管片拼装识别系统中，如图2所示，第一双目识别模块2还可以包括安装第一工业相机21和第二工业相机22的第一相机支架，安装第一结构光投影仪24的第一投影仪支架，以及安装第一光源23的第一光源支架。

在实际应用中，第一相机支架、第一投影仪支架和第一光源支架均可以焊接在拼装机机械本体旋转臂的正下方处，可随着旋转臂的旋转而旋转。优选地，第一相机支架、第一投影仪支架和第一光源支架可以一体成型。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述双目管片拼装识别系统中，为了识别已拼装好的管片的位姿，在已拼装好的管片上也设置有二维码，如图2所示，第二双目识别模块3可以包括第三工业相机31、第四工业相机32、第二光源33和第二结构光投影仪34；其中，第三工业相机31和第二光源33，用于对待对齐的上一块已拼装好的管片二维码进行识别，将上一块已拼装好的管片的二维码信息读出并存储；上一块已拼装好的管片二维码信息包含该管片特征点、第二螺栓孔04在管片自身坐标下的三维坐标；第三工业相机31、第四工业相机32和第二结构光投影仪34，用于获取上一块已拼装好的管片上特征点在相机坐标系下的三维坐标，结合上一块已拼装好的管片的二维码信息计算出上一块已拼装好的管片在相机坐标系下的位姿以及第二螺栓孔04在相机坐标系下的三维坐标，得到上一块已拼装好的管片的空间定位，通过双目系统与拼装机机械本体1的手眼标定结果，将上述在相机坐标系下的上一块已拼装好的管片的位姿以及第二螺栓孔04的三维坐标转换到拼装机机械本体1的坐标系下，以引导拼装机机械本体1将当前管片01与上一块已拼装好的管片对齐，完成对当前管片01的拼装。

具体的，通过管片二维码可从中读出第一螺栓孔03在管片自身坐标系下的三维坐标与第二螺栓孔04在管片自身坐标系下的三维坐标， 即可通过求取的相应管片坐标系到相机坐标系的旋转平移变换矩阵，求解出第一螺栓孔03、第二螺栓孔04在相机坐标系下的三维坐标。通过拼装机与双目系统的手眼标定结果，将上述在相机坐标系下的管片位姿以及螺栓孔三维坐标转换到拼装机坐标系下，然后通过已求取出的两块管片在拼装机坐标系下的位姿以及螺栓孔在拼装机坐标系下的三维坐标，得到两块管片在拼装机坐标系下的位姿差值以及螺栓孔在拼装机坐标系下的三维坐标差，拼装机通过将两块管片在拼装机坐标系下的位姿差值以及螺栓孔在拼装机坐标系下的三维坐标差，调整至与预设的差值阈值一致，实现管片的拼接对齐操作。

其中，由于两个管片即使在正确拼接后第一螺栓孔03与第二螺栓孔04之间仍有间距，该间距便为预设的差值阈值，因此，当将两块管片在拼装机坐标系下的位姿差值以及螺栓孔在拼装机坐标系下的三维坐标差，调整至与预设的差值阈值一致，便可以实现管片的拼接对齐操作。

优选地，如图2所示，第二光源33和第二结构光投影仪34均可以位于第三工业相机31和第四工业相机32的中间位置。需要说明的是，第三工业相机31和第四工业相机32的位置可以互换。

进一步地，具体实施时，在本发明实施例提供的上述双目管片拼装识别系统中，如图2所示，第二双目识别模块3还可以包括安装第三工业相机31和第四工业相机32的第二相机支架，安装第二结构光投影仪34的第二投影仪支架，以及安装第二光源33的第二光源支架。

在实际应用中，第二相机支架、第二投影仪支架、第二光源支架均可以焊接在拼装机机械本体旋转臂的正下方处，可随着旋转臂的旋转而旋转。优选地，第二相机支架、第二投影仪支架、第二光源支架可以一体成型。

需要注意的是，通过第一双目识别模块和第二双目识别模块中四个工业相机、两个光源和两个结构光投影仪的相互作用，提高了管片姿态定位的精度，降低了大型物体位姿获取的难度，拼装机对管片的抓取过程中，减小了对其放置位置的依赖性，即使管片每次放置的位置有所偏差，系统依然能准确地获取管片的位姿，引导拼装机完成管片抓取拼装的作业任务。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种本发明实施例提供的上述双目管片拼装识别系统的拼装识别方法，由于该方法解决问题的原理与前述一种双目管片拼装识别系统相似，因此该方法的实施可以参见双目管片拼装识别系统的实施，重复之处不再赘述。

在具体实施时，本发明实施例提供的双目管片拼装识别系统的拼装识别方法，如图3所示，具体包括以下步骤：

S301、将待抓取的当前管片通过吊机吊运放置到拼装机机械本体下方的待抓区域；此时，拼装机机械本体运动到当前管片的上方；

S302、通过第一双目识别模块识别当前管片位姿和当前管片上第一螺栓孔的三维坐标；

S303、根据识别出的当前管片位姿和第一螺栓孔的三维坐标，引导拼装机机械本体对当前管片进行抓取并移动至已知的待拼装点位处；

需要说明的是，当前管片处于待拼装点位处时，待拼装点位实际是一个粗定位位置；此时的当前管片已完成了抓取，现可以被认为是待拼装的当前管片；

S304、通过拼装机机械本体实时反馈当前管片位姿和第一螺栓孔的三维坐标；

S305、通过第二双目识别模块识别待对齐的上一块已拼装好的管片位姿和上一块已拼装好的管片上第二螺栓孔的三维坐标；

需要注意的是，考虑视野范围等原因，因此第一双目识别模块专用来识别当前管片信息，第二双目识别模块专用来识别上一块已拼装好的管片信息；

S306、根据实时反馈的当前管片位姿、第一螺栓孔的三维坐标和识别出的上一块已拼装好的管片位姿、第二螺栓孔的三维坐标，引导拼装机机械本体将当前管片与上一块已拼装好的管片拼装对齐，完成对当前管片的拼装。

在本发明实施例提供的上述拼装识别方法中，可以通过上述步骤对管片的位姿、管片上各螺栓孔的三维坐标进行计算求取，从而对拼装机的抓取拼装提供引导，完成管片抓取拼装的作业任务，工作效率高，准确性高。

进一步地，具体实施时，在本发明实施例提供的上述拼装识别方法中，如图4所示，步骤S302通过第一双目识别模块识别当前管片位姿和当前管片上第一螺栓孔的三维坐标，具体可以包括以下步骤：

S401、启动第一工业相机和第一光源，对当前管片上的二维码进行识别，将当前管片的二维码信息读出并存储；当前管片的二维码信息包含当前管片特征点、第一螺栓孔在管片自身坐标下的三维坐标；

S402、关闭第一光源，启动第一工业相机、第二工业相机和第一结构光投影仪，获取当前管片上特征点在相机坐标系下的三维坐标，结合当前管片的二维码信息计算出当前管片位姿在相机坐标系下的位姿以及第一螺栓孔在相机坐标系下的三维坐标，得到当前管片的空间定位。

更进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述拼装识别方法中，如图4所示，步骤S305通过第二双目识别模块识别待对齐的上一块已拼装好的管片的位姿和上一块已拼装好的管片上第二螺栓孔的三维坐标，具体可以包括以下步骤：

S403、启动第三工业相机和第二光源，对待对齐的上一块已拼装好的管片上二维码进行识别，将上一块已拼装好的管片的二维码信息读出并存储；上一块已拼装好的管片的二维码信息包含上一块已拼装好的管片特征点、第二螺栓孔在管片自身坐标下的三维坐标；

S404、关闭第二光源，启动第三工业相机、第四工业相机和第二结构光投影仪，获取上一块已拼装好的管片上特征点在相机坐标系下的三维坐标，结合上一块已拼装好的管片的二维码信息计算出上一块已拼装好的管片在相机坐标系下的位姿以及第二螺栓孔在相机坐标系下的三维坐标，得到上一块已拼装好的管片的空间定位。

综上，本发明实施例提供的一种双目管片拼装识别系统及其拼装识别方法，包括：拼装机机械本体；第一双目识别模块，用于识别待抓取的当前管片位姿和当前管片上第一螺栓孔的三维坐标，以引导拼装机机械本体对当前管片的抓取；第二双目识别模块，用于识别待对齐的上一块已拼装好的管片位姿和上一块已拼装好的管片上第二螺栓孔的三维坐标，以引导拼装机机械本体将当前管片与上一块已拼装好的管片拼装对齐，完成对当前管片的拼装。本申请通过第一双目识别模块和第二双目识别模块对管片的位姿、管片上各螺栓孔的三维坐标进行计算求取，自动识别管片的位姿，从而对拼装机的抓取拼装提供引导，完成管片抓取拼装的作业任务，工作效率高，准确性高。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的双目管片拼装识别系统及其拼装识别方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (12)

1.一种双目管片拼装识别系统，其特征在于，包括：

拼装机机械本体；

第一双目识别模块，用于识别待抓取的当前管片位姿和所述当前管片上第一螺栓孔的三维坐标，以引导所述拼装机机械本体对所述当前管片的抓取；所述第一双目识别模块包括第一工业相机、第二工业相机、第一光源和第一结构光投影仪；其中，所述第一工业相机和所述第一光源，用于对所述当前管片上的二维码进行识别，将所述当前管片的二维码信息读出并存储；所述当前管片的二维码信息包含所述当前管片特征点、所述第一螺栓孔在管片自身坐标下的三维坐标；所述第一工业相机、所述第二工业相机和所述第一结构光投影仪，用于获取所述当前管片上特征点在相机坐标系下的三维坐标，结合所述当前管片的二维码信息计算出所述当前管片在相机坐标系下的位姿以及所述第一螺栓孔在相机坐标系下的三维坐标，得到所述当前管片的空间定位，以引导所述拼装机机械本体对所述当前管片进行抓取并移动至已知的待拼装点位处；

第二双目识别模块，用于识别待对齐的上一块已拼装好的管片位姿和所述上一块已拼装好的管片上第二螺栓孔的三维坐标，以引导所述拼装机机械本体将所述当前管片与所述上一块已拼装好的管片拼装对齐，完成对所述当前管片的拼装。

2.根据权利要求1所述的双目管片拼装识别系统，其特征在于，所述第一双目识别模块和所述第二双目识别模块均位于所述拼装机机械本体下方抓举头的同一侧。

3.根据权利要求2所述的双目管片拼装识别系统，其特征在于，所述第一光源和所述第一结构光投影仪均位于所述第一工业相机和所述第二工业相机的中间位置。

4.根据权利要求3所述的双目管片拼装识别系统，其特征在于，所述第一双目识别模块还包括安装所述第一工业相机和所述第二工业相机的第一相机支架，安装所述第一结构光投影仪的第一投影仪支架，以及安装所述第一光源的第一光源支架。

5.根据权利要求4所述的双目管片拼装识别系统，其特征在于，所述第一相机支架、所述第一投影仪支架和所述第一光源支架均焊接在所述拼装机机械本体旋转臂的正下方处。

6.根据权利要求1所述的双目管片拼装识别系统，其特征在于，所述第二双目识别模块包括第三工业相机、第四工业相机、第二光源和第二结构光投影仪；其中，

所述第三工业相机和所述第二光源，用于对待对齐的上一块已拼装好的管片二维码进行识别，将所述上一块已拼装好的管片二维码信息读出并存储；所述上一块已拼装好的管片二维码信息包含所述上一块已拼装好的管片特征点、所述第二螺栓孔在管片自身坐标下的三维坐标；

所述第三工业相机、所述第四工业相机和所述第二结构光投影仪，用于获取所述上一块已拼装好的管片上特征点在相机坐标系下的三维坐标，结合所述上一块已拼装好的管片的二维码信息计算出所述上一块已拼装好的管片在相机坐标系下的位姿以及所述第二螺栓孔在相机坐标系下的三维坐标，得到所述上一块已拼装好的管片的空间定位，以引导所述拼装机机械本体将抓取的所述当前管片与所述上一块已拼装好的管片拼装对齐，完成对所述当前管片的拼装。

7.根据权利要求6所述的双目管片拼装识别系统，其特征在于，所述第二光源和所述第二结构光投影仪均位于所述第三工业相机和所述第四工业相机的中间位置。

8.根据权利要求7所述的双目管片拼装识别系统，其特征在于，所述第二双目识别模块还包括安装所述第三工业相机和所述第四工业相机的第二相机支架，安装所述第二结构光投影仪的第二投影仪支架，以及安装所述第二光源的第二光源支架。

9.根据权利要求8所述的双目管片拼装识别系统，其特征在于，所述第二相机支架、所述第二投影仪支架、所述第二光源支架均焊接在所述拼装机机械本体旋转臂的正下方处。

10.一种如权利要求1至9任一项所述双目管片拼装识别系统的拼装识别方法，其特征在于，包括：

将待抓取的当前管片通过吊机吊运放置到拼装机机械本体下方的待抓区域；

通过第一双目识别模块识别所述当前管片位姿和所述当前管片上第一螺栓孔的三维坐标；

根据识别出的所述当前管片位姿和所述第一螺栓孔的三维坐标，引导所述拼装机机械本体对所述当前管片进行抓取并移动至已知的待拼装点位处；

通过所述拼装机机械本体实时反馈所述当前管片位姿和所述第一螺栓孔的三维坐标；

通过第二双目识别模块识别待对齐的上一块已拼装好的管片位姿和所述上一块已拼装好的管片上第二螺栓孔的三维坐标；

根据实时反馈的所述当前管片位姿、所述第一螺栓孔的三维坐标和识别出的所述上一块已拼装好的管片位姿、所述第二螺栓孔的三维坐标，引导所述拼装机机械本体将所述当前管片与所述上一块已拼装好的管片对齐，完成对所述当前管片的拼装。

11.根据权利要求10所述的拼装识别方法，其特征在于，通过第一双目识别模块识别所述当前管片位姿和所述当前管片上第一螺栓孔的三维坐标，具体包括：

启动第一工业相机和第一光源，对所述当前管片上的二维码进行识别，将所述当前管片的二维码信息读出并存储；所述当前管片的二维码信息包含所述当前管片特征点、所述第一螺栓孔在管片自身坐标下的三维坐标；

关闭所述第一光源，启动所述第一工业相机、第二工业相机和第一结构光投影仪，获取所述当前管片上特征点在相机坐标系下的三维坐标，结合所述当前管片的二维码信息计算出所述当前管片在相机坐标系下的位姿以及所述第一螺栓孔在相机坐标系下的三维坐标，得到所述当前管片的空间定位。

12.根据权利要求11所述的拼装识别方法，其特征在于，通过第二双目识别模块识别待对齐的上一块已拼装好的管片位姿和所述上一块已拼装好的管片上第二螺栓孔的三维坐标，具体包括：

启动第三工业相机和第二光源，对待对齐的上一块已拼装好管片二维码进行识别，将所述上一块已拼装好的管片二维码信息读出并存储；所述上一块已拼装好的管片二维码信息包含所述上一块已拼装好的管片特征点、所述第二螺栓孔在管片自身坐标下的三维坐标；

关闭所述第二光源，启动所述第三工业相机、第四工业相机和第二结构光投影仪，获取所述上一块已拼装好的管片上特征点在相机坐标系下的三维坐标，结合所述上一块已拼装好的管片二维码信息计算出所述上一块已拼装好的管片在相机坐标系下的位姿以及所述第二螺栓孔在相机坐标系下的三维坐标，得到所述上一块已拼装好的管片的空间定位。