CN110530289A - 一种基于相机防碰撞的机器手三维自扫描装置及扫描方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于相机防碰撞的机器手三维自扫描装置及扫描方法，其技术方案要点是：一种基于相机防碰撞的机器手三维自扫描装置，包括计算机、机器手、三维扫描仪、控制器、一维转台、三相机智能防碰撞模块，所述计算机电信号连接于所述控制器，所述控制器电信号连接于所述机器手、三维扫描仪、一维转台，所述一维转台转台供待扫描物放置，所述三维扫描仪信号连接于所述计算机；所述三相机智能防碰撞模块包括三个相机、连接于三个所述相机并固定相机相对于一维转台位置的支架、三个分别电信号连接于对应相机的相机控制器，所述相机控制器电信号连接于所述计算机，三个所述相机分别置于一维转台上方、侧方、前方。本发明实现自动扫描和进行路径规划，具有防碰撞功能，具有真正三维自动扫描能力的装置。

Description

一种基于相机防碰撞的机器手三维自扫描装置及扫描方法

技术领域

本发明涉及三维扫描领域，尤其涉及到一种基于相机防碰撞的机器手三维自扫描装置及扫描方法。

背景技术

三维扫描技术是一种用来获取并分析实物对象的形状与轮廓的非接触测量技术。利用三维扫描技术可以对待扫描物体体进行三维重建，从而创建出实际物体的三维模型。重建的三维模型可广泛应用于工业设计、逆向工程、医学材料、生物信息、数字文物典藏、游戏创作等领域。

在密闭空间中进行三维扫描或在工厂内对大型构件进行三维扫描时，以往依靠人工操作，费时费力，效率不高。随着机器人技术的发展，采用机器手夹持三维扫描仪自动工作，成为提高三维扫描技术建模速度和建模精度的关键。同时，在机器手运动扫描过程中，防止机器手与被测对象和周围环境的碰撞，是自动化扫描过程中急需解决的问题。

目前从文献可知，CN107121062A专利公开了一种机器人三维扫描装置及方法，阐述了机器手夹持扫描仪进行三维扫描的功能；CN205466149U公开了一种自动三维扫描机器人，将机器人、小车、三维扫描仪4结合到一起；CN107144236A公开了一种机器人自动扫描仪及扫描方法，主要也是阐述机器手和三维扫描仪的结合，实现三维扫描功能。在上述文献中，均阐述了机器手和三维扫描仪的组合使用。但在扫描中还没有考虑解决自动盲扫问题，并对被扫描样品有诸多的限制，需要人工规划扫描路径和干预测量结果。

因此，我们有必要对这样一种结构进行改善，以克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于相机防碰撞的机器手三维自扫描装置及扫描方法，自动扫描和进行路径规划，具有防碰撞功能，具有真正三维自动扫描能力的装置。

本发明的上述技术目的是用过以下技术方案实现的：一种基于相机防碰撞的机器手三维自扫描装置，包括计算机、机器手、三维扫描仪、控制器、一维转台、三相机智能防碰撞模块，所述计算机电信号连接于所述控制器，所述控制器电信号连接于所述机器手、三维扫描仪、一维转台，所述一维转台转台供待扫描物放置，所述三维扫描仪信号连接于所述计算机；所述三相机智能防碰撞模块包括三个相机、连接于三个所述相机并固定相机相对于一维转台位置的支架、三个分别电信号连接于对应相机的相机控制器，所述相机控制器电信号连接于所述计算机，三个所述相机分别置于一维转台上方、侧方、前方。

本发明的进一步设置为：所述机器手自由度为六自由度。

本发明的进一步设置为：一种基于相机防碰撞的机器手三维自扫描装置的扫描方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、控制器预设有若干个控制机器手运动路线程序，组成若干个标准化模型；

S2、待待扫描物体放置于一维转台后，控制板接通上位机，全部通电；

S3、通过相机控制器控制三个相机对待扫描物体进行拍照，并通过相机控制器将三个相机所采集的图像传送至计算机；

S4、计算机端软件接收图像后，进行简单的轮廓估计和图像处理，形成粗略的物体外观数据，同时传送给控制器控制界面，控制器控制界面收到数据后自动匹配已经模块化的标准模型；

S5、控制器控制三维扫描仪根据标准模型进行自动扫描；

S6、在步骤S5三维扫描仪运行过程中，相机控制器控制三个相机进行实时采集图像，并通过相机控制器将相机实时采集的图像传送至计算机；

S7、计算机端软件接收图像后，软件通过避障算法，计算三相机拍摄图像获取的机器手与被测对象的实时距离，做出安全距离与危险距离的评判；

S8、当计算机端软件计算出机器手或三维扫描仪与待扫描物体前后方和上下方的距离小于安全距离时，对控制板作出停止复位指令，机器手和转台停止工作，机器手复位；并重新从步骤S2进行操作；

S9、当计算机端软件计算出机器手或三维扫描仪与待扫描物体前后方和上下方的距离处于安全距离时，控制器控制机器手按预定的标准模型运行；

S10、通过一维转台及机器手协同运作并通过三维扫描仪完成扫描成像，并传三维扫描成像传输至计算机。

本发明的进一步设置为：在步骤S8中，经过多次重复步骤S2操作后，机器手仍有碰撞危险，系统循环错误动作路线时，并根据最近法则重新规划机器手运行路径，并对规划机器手运行路径进行记忆，实现路径自主规划学习功能。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

能够在扫描前期对被测对象进行轮廓勾画，将数据传输到PC机，再由处理软件处理后，实现系统模块化路径规划；并且在扫描过程中将拍摄的三视图实时传输到PC机，配合软件功能实现智能化防触碰。

通过本申请可以实现自动扫描和进行路径规划，具有防碰撞功能，具有真正三维自动扫描能力的装置，可在未来数字工厂中广泛应用。

本申请在实际应用中具有结构紧凑、安全性高，可实现自动化的三维扫描过程。

附图说明

图1是实施例1的示意图；

图2是实施例2的系统框图。

图中数字所表示的相应部件名称：1、计算机；2、控制器；3、机器手；4、三维扫描仪；5、一维转台；6、相机；7、相机控制器。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示与具体实施例，进一步阐述本发明。

实施例1：如图1所示，本发明提出的一种基于相机防碰撞的机器手三维自扫描装置，包括计算机1、机器手3、三维扫描仪4、控制器2、一维转台5、三相机6智能防碰撞模块。并且计算机1电信号连接于控制器2，控制器2电信号连接于机器手3、三维扫描仪4、一维转台5，一维转台5转动轴向呈竖直并供待扫描物体放置，三维扫描仪4信号连接于计算机1。其中机器手3为六自由度机器手，可为ABB公司的IRB6700-205 6轴机器手，三维扫描仪4可以选择型号为基恩士的LJ-V7000。

三相机6智能防碰撞模块包括三个相机6、连接于三个所述相机6并固定相机6相对于一维转台5位置的支架(图中未标示)、三个分别电信号连接于对应相机6的相机控制器7，相机控制器7电信号连接于计算机1，三个相机6分别置于一维转台5上方、侧方、前方。三相机6智能防碰撞模块可以实现两大功能，一是可以在扫描前期对被测对象进行轮廓勾画，将数据传输到PC机，再由处理软件处理后，实现系统模块化路径规划；二是在扫描过程中将拍摄的三视图实时传输到PC机，配合软件功能实现智能化防触碰。

因而通过本申请可以实现自动扫描和进行路径规划，具有防碰撞功能，具有真正三维自动扫描能力的装置，可在未来数字工厂中广泛应用。

实施例2：如图2所示，一种基于相机防碰撞的机器手三维自扫描装置的扫描方法，包括如下步骤：

S1、控制器2预设有若干个控制机器手3运动路线程序，组成若干个标准化模型；

S2、待待扫描物体放置于一维转台5后，控制板接通上位机，全部通电；

S3、通过相机控制器7控制三个相机6对待扫描物体进行拍照，并通过相机控制器7将三个相机6所采集的图像传送至计算机1；

S4、计算机1端软件接收图像后，进行简单的轮廓估计和图像处理，形成粗略的物体外观数据，同时传送给控制器2控制界面，控制器2控制界面收到数据后自动匹配已经模块化的标准模型；

S5、控制器2控制三维扫描仪4根据标准模型进行自动扫描；

S6、在步骤S5三维扫描仪4运行过程中，相机控制器7控制三个相机6进行实时采集图像，并通过相机控制器7将相机6实时采集的图像传送至计算机1；

S7、计算机1端软件接收图像后，软件通过避障算法，计算三相机6拍摄图像获取的机器手3与被测对象的实时距离，做出安全距离与危险距离的评判；

S8、当计算机1端软件计算出机器手3或三维扫描仪4与待扫描物体前后方和上下方的距离小于安全距离时，对控制板作出停止复位指令，机器手3和转台停止工作，机器手3复位；并重新从步骤S2进行操作；

S9、当计算机1端软件计算出机器手3或三维扫描仪4与待扫描物体前后方和上下方的距离处于安全距离时，控制器2控制机器手3按预定的标准模型运行；

S10、通过一维转台5及机器手3协同运作并通过三维扫描仪4完成全方位扫描，获得三维空间数据并传输至计算机1进行三维重构。

具体为：预先在控制器2内设置有若干个控制机器手3运动路线程序，组成若干个标准化模型，控制器2控制界面具有对机器手3运动路线和转台运动的生成、储存和调用功能，对于不同形状及外观特征的待扫描物体自动选择调用已经模型化的路径程序。当待扫描物体放置于一维转台5并需要进行三维扫描时，控制板接通上位机，全部通电；然后通过三个相机6获取被扫描物的二维主视图、侧视图、俯视图，计算机1接收并处理界面接收获取的图像，对其轮廓简单重构，获取大致的外观尺寸，尺寸数据传送给控制器2控制界面，控制器2控制界面收到数据后自动匹配已经模块化的标准模型，匹配完成后，控制板控制界面对机器手3发出指令，机器手3按指令规划的路线运动，一维转台5的转速、转向随指令变化，此时，三维扫描仪4、一维转台5、机器手3协同工作，进行三维扫描，完成一系列的规划动作后，扫描仪获得待扫描物体数据，并实时传输至计算机1，在轮廓扫描图像呈现及处理界面对数据创建三维数字模型。

并且在三维扫描仪4进行三维扫描过程中，三相机6防触碰装置一直处于工作状态，实时对机器手3及待扫描物体从正面、侧面、上面拍摄主视图、侧视图、俯视图并传送到计算机1的三相机6拍摄图像接收并处理界面，软件通过避障算法，对在机器手3运动过程中三相机6拍摄图像进行分析，识别图像中机器手3与待扫描物体的距离，对安全距离与危险距离作出分类，当识别的图像越多，对于安全距离的判断越准确，同时该界面将对触碰危险作出判断并实时传送给控制板控制界面。即当三张二维视图均显示没有触碰危险，发送给控制板控制界面继续工作，当三张二维视图都显示有触碰危险，对控制板控制界面作出停止复位指令，机器手3和转台停止工作，机器手3复位，通过三个相机6进行重新对待扫描物体进行拍照，并依次进行操。

实施例3：一种基于相机防碰撞的机器手三维自扫描装置的扫描方法，在实施例2的步骤S8中，经过多次重复步骤S2操作后，机器手3仍有碰撞危险，系统循环错误动作路线时，并根据最近法则重新规划机器手3运行路径，并对规划机器手3运行路径进行记忆，实现路径自主规划学习功能。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (4)

1.一种基于相机防碰撞的机器手三维自扫描装置，其特征在于，包括计算机(1)、机器手(3)、三维扫描仪(4)、控制器(2)、一维转台(5)、三相机(6)智能防碰撞模块，所述计算机(1)电信号连接于所述控制器(2)，所述控制器(2)电信号连接于所述机器手(3)、三维扫描仪(4)、一维转台(5)，所述一维转台(5)转台供待扫描物放置，所述三维扫描仪(4)信号连接于所述计算机(1)；所述三相机(6)智能防碰撞模块包括三个相机(6)、连接于三个所述相机(6)并固定相机(6)相对于一维转台(5)位置的支架、三个分别电信号连接于对应相机(6)的相机控制器(7)，所述相机控制器(7)电信号连接于所述计算机(1)，三个所述相机(6)分别置于一维转台(5)上方、侧方、前方。

2.根据权利要求1所述的一种基于相机防碰撞的机器手三维自扫描装置的扫描方法，其特征在于：所述机器手(3)自由度为六自由度。

3.一种如1所述的基于相机防碰撞的机器手三维自扫描装置的扫描方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、控制器(2)预设有若干个控制机器手(3)运动路线程序，组成若干个标准化模型；

S2、待待扫描物体放置于一维转台(5)后，控制板接通上位机，全部通电；

S3、通过相机控制器(7)控制三个相机(6)对待扫描物体进行拍照，并通过相机控制器(7)将三个相机(6)所采集的图像传送至计算机(1)；

S4、计算机(1)端软件接收图像后，进行简单的轮廓估计和图像处理，形成粗略的物体外观数据，同时传送给控制器(2)控制界面，控制器(2)控制界面收到数据后自动匹配已经模块化的标准模型；

S5、控制器(2)控制三维扫描仪(4)根据标准模型进行自动扫描；

S6、在步骤S5三维扫描仪(4)运行过程中，相机控制器(7)控制三个相机(6)进行实时采集图像，并通过相机控制器(7)将相机(6)实时采集的图像传送至计算机(1)；

S7、计算机(1)端软件接收图像后，软件通过避障算法，计算三相机(6)拍摄图像获取的机器手(3)与被测对象的实时距离，做出安全距离与危险距离的评判；

S8、当计算机(1)端软件计算出机器手(3)或三维扫描仪(4)与待扫描物体前后方和上下方的距离小于安全距离时，对控制板作出停止复位指令，机器手(3)和转台停止工作，机器手(3)复位；并重新从步骤S2进行操作；

S9、当计算机(1)端软件计算出机器手(3)或三维扫描仪(4)与待扫描物体前后方和上下方的距离处于安全距离时，控制器(2)控制机器手(3)按预定的标准模型运行；

S10、通过一维转台(5)及机器手(3)协同运作并通过三维扫描仪(4)完成扫描成像，并传三维扫描成像传输至计算机(1)。

4.根据权利要求3所述的一种基于相机防碰撞的机器手三维自扫描装置的扫描方法，其特征在于：在步骤S8中，经过多次重复步骤S2操作后，机器手(3)仍有碰撞危险，系统循环错误动作路线时，并根据最近法则重新规划机器手(3)运行路径，并对规划机器手(3)运行路径进行记忆，实现路径自主规划学习功能。