CN111156899A - 一种视觉测量装置、方法及机器人 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种视觉测量装置、方法及机器人，该装置包括：激光仪、视觉测量组件及控制器；所述激光仪，用于发射激光束，以形成激光面，所述激光仪相对于待测平面固定设置；所述视觉测量组件，包括至少一个视觉模块；所述视觉模块包含相机及透明板；所述相机用于拍摄所述激光面投射在所述透明板上成像的激光线；所述控制器，用于在所述视觉测量组件相对于所述待测平面发生偏移的过程中，获取所述相机拍摄的至少两条激光线，并根据至少两条所述激光线中的任意两条激光线之间的位置变化进行偏移测量。应用本发明实施例的视觉测量装置，能够在视觉测量组件相对于待测平面发生偏移时，对发生的偏移进行测量。

Description

一种视觉测量装置、方法及机器人

技术领域

本发明实施例涉及建筑机器人技术领域，尤其涉及一种视觉测量装置、方法及机器人。

背景技术

现有的利用视觉测量旋转角度，具体通过模板匹配的直接测量法或基于线线夹角的间接方法来实现。

模板匹配的直接测量法是利用刚体外形特征进行相似查找，以此定位刚体位姿。但是若物体出现形状变异则测量精度下降。线线夹角的间接方法是利用简单的线为基准来对齐，以此调整位姿。但是若受限于相机视野和像素精度。

发明内容

本发明实施例的目的在于提出一种视觉测量装置、方法及机器人，以实现便捷的对装置对于待测平面发生偏移的情况进行测量。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供了一种视觉测量装置，包括：激光仪、视觉测量组件及控制器；

所述激光仪，用于发射激光束，以形成激光面，所述激光仪相对于待测平面固定设置；

所述视觉测量组件，包括至少一个视觉模块；所述视觉模块包含图像采集设备及透明板；所述图像采集设备用于拍摄所述激光面投射在所述透明板上成像的激光线；

所述控制器，用于在所述视觉测量组件相对于所述待测平面发生偏移的过程中，获取所述图像采集设备拍摄的至少两条激光线，并根据至少两条所述激光线中的任意两条激光线之间的位置变化进行偏移测量。

第二方面，本发明实施例提供了一种视觉测量方法，该方法包括：

在视觉测量组件相对于待测平面发生偏移的过程中，通过所述视觉测量组件中至少一个视觉模块的图像采集设备，拍摄激光仪所发射的激光面投射在透明板上的至少两条激光线，所述激光仪相对于所述待测平面固定设置；

通过控制器根据至少两条所述激光线中的任意两条激光线之间的位置变化进行偏移测量。

第三方面，本发明实施例提供了一种机器人，包括执行前端设备和本发明任意实施例所提供的视觉测量装置，其中，所述视觉测量组件安装在执行前端设备上，并随所述执行前端设备的作业过程而移动，所述执行前端设备的作业面为所述待测平面，所述控制器具体用于根据所述视觉测量组件检测到的偏移控制所述执行前端设备相对于所述作业面的作业角度和作业距离。

本发明实施例的技术方案，通过设计一种视觉测量装置，该视觉测量装置包括：激光仪、视觉测量组件及控制器；激光仪发射激光束，以形成激光面，该激光面在视觉测量组件的透明板上形成激光线，利用视觉测量组件中的图像采集设备将投射在透明板上的激光线拍摄下来，并根据激光线之间的位置变化进行偏移测量，利用本发明实施例的视觉测量装置，在视觉测量装置相对于待测平面发生偏移时，能够对装置相对于待测平面发生的偏移进行测量。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的一种视觉测量装置的结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的一种视觉测量装置的侧视结构示意图；

图3是本发明实施例一提供的偏移测量的测量示意图；

图4a和图4b是本发明实施例二提供的一种视觉测量装置的结构示意图；

图5a是本发明实施例二提供的单目相机偏移测量的示意图；

图5b是本发明实施例二提供的双目相机偏移测量的示意图；

图6是本发明实施例二提供的两条激光线之间的偏移测量示意图；

图7是本发明实施例三提供的一种视觉测量方法的流程图。

其中，10-激光仪；20-视觉测量组件；21-安装板；22-视觉模块；221-壳体；222-相机；223-透明板；23-投影膜；30-待测平面；40-激光面；50-执行前端设备。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，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。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1是本发明实施例一提供的一种视觉测量装置的结构示意图，图2是本发明实施例一提供的一种视觉测量装置的侧视结构示意图，如图1和图2所示，该装置包括：激光仪10、视觉测量组件20及控制器（图中未示出）。

其中，激光仪10，用于发射激光束，以形成激光面40，激光仪10相对于待测平面30固定设置。

视觉测量组件20，包括至少一个视觉模块22；视觉模块22包含相机222及透明板223；相机222用于拍摄激光面40投射在透明板223上成像的激光线。相机222是权利要求中所述图像采集设备的一种。

控制器，用于在视觉测量组件20相对于待测平面30发生偏移的过程中，获取相机222拍摄的至少两条激光线，并根据至少两条激光线中的任意两条激光线之间的位置变化进行偏移测量。

示例性的，如图1所示为视觉测量组件20包括一个视觉模块22的情况，激光仪10发射的激光束可以形成激光面40，激光仪10可以相对于待测平面30固定设置，这里的待测平面可以是墙面、玻璃面等，激光仪10放置时，可以是人工通过直尺找取待测平面上平整性和垂直度满足要求的位置，以此位置为参照且距离待测平面30预设距离处来放置激光仪10，使激光仪10与待测平面平行。当然，根据不同的测试需求，激光仪也不限于与待测平面平行，激光仪与待测平面相对固定设置即可。

示例性的，如图1所示为视觉测量组件20包括一个视觉模块22的情况，在该视觉模块22中包括相机222和透明板223，如图1所示，相机222可以安装于装置的上方，透明板可以安装于装置的下方，位于视觉模块22下方的激光仪发射的激光束，形成的激光面可投射到透明板223上形成激光线，以便位于装置上方的相机222可将投射成像的激光线进行拍摄。

示例性的，控制器可以与视觉模块一体设置或分体设置，在视觉测试组件20相对于待测平面30发生偏移的过程中，在透明板223上会在不同时刻先后形成至少两条激光线，其中一条激光线可以是基准激光线，除基准激光线外其他的激光线为偏移激光线，这里的基准激光线可以是装置放置在与待测平面30平行，且装置开始工作的初始位置时激光面投射到透明板223上成像的激光线，可以通过相机拍摄来记录基准激光线在相机视野中的位置。偏移激光线可以是装置工作过程中，激光面投射到透明板223上成像的激光线，控制器获取相机先后拍摄的至少两条激光线，并根据至少两条激光线中的任意两条激光线之间的位置变化进行偏移测量。

可选的，控制器具体可以用于根据至少两条激光线中的任意两条激光线之间的位置变化计算激光线之间的偏移夹角。

示例性的，参考图3所示的偏移测量的测量示意图，图3中，方框01表示本发明实施例中一个相机的视野，在该视野中，可以看到有N条激光线（N≥2），控制器可以根据N条激光线中的任意两条激光线之间的位置变化计算这两条激光线之间的偏移角度，例如，如图3中，可以根据第一激光线1和第二激光线2，依据一定的计算方法来计算第一激光线1和第二激光线2之间的偏移夹角P。

可选的，控制器还可以用于根据偏移夹角控制视觉测量组件的位置调整，以使在所拍摄的激光线平行时进行激光线之间偏移距离的测量。

示例性的，如图3，当计算出第一激光线1和第二激光线2之间的偏移夹角P后，控制器根据该偏移夹角P，可调整视觉测量组件的位置，使视觉测量组件调整到与待测平面平行的位置，例如，当第一激光线1相比第二激光线2逆时针倾斜了30°时，即视觉测试组件相比待测平面逆时针倾斜了30°，则此时控制器可控制视觉测量组件顺时针倾斜30°，使视觉测量组件调整到与待测平面平行的位置，当视觉测量组件调整到与待测平面平行的位置时，相机视野中的这两条激光线就会平行，如图3中第三激光线1’和第二激光线2，此时，控制器可对图3中的第三激光线1’和第二激光线2之间的偏移距离进行测量。

可选的，该视觉测量装置还包括投影膜23，投影膜设置于透明板223上，激光面透过透明板223显示在投影膜23上。

示例性的，如图1所示，投影膜23设置在透明板223上，激光面投射到透明板223上成像的激光线可显示在投影膜23上，相机222可将显示在投影膜23上的激光线拍摄下来。

可选的，视觉模块22中还包括呈中空的柱状壳体221，相机222和透明板223固定在柱状壳体的两端，正对设置。

示例性的，如图1所示，视觉模块22还包括柱状壳体221，该柱状壳体呈中空，相机222位于该壳体221的顶部，透明板223位于该壳体221的底部，相机222与透明板223正对设置，以使透明板223位于相机222的视野中，以便相机222可将显示在置于透明板223上的投影膜23上的激光线拍摄下来。

可选的，中空柱状壳体221为不透光的封闭壳体，以便显示在投影膜23上的激光线与周围环境对比更加明显，凸显激光线，这样相机222拍摄的激光线会更加凸显，对比度会更好。

可选的，激光仪10用于竖直朝上发射激光束；透明板223设置在相机222和激光仪10之间，相机222用于竖直朝下进行图像采集。

示例性的，图2是从图1的一侧向另一侧看的，例如可以是从左侧向右侧看，如图2所示，激光仪10可以位于视觉模块的下方，透明板223位于壳体221的底部，相机222位于壳体221的顶部，即透明板223设置在相机222和激光仪10之间，此时激光仪10可以竖直向上发射激光束，激光束形成激光面，该激光面投射到透明板223上成像为激光线，并显示在投影膜23上，则相机222可竖直向下将投影膜23上的激光线拍摄下来。

需要说明的是，本发明实施例中的透明板223和相机222的位置是相对设置并可调的，激光仪10的位置也是可以调的，但透明板223要设置在能够成像激光仪10所发射激光线的位置，除本发明实施例中提到的透明板223位于壳体221的底部，相机222位于壳体221的顶部，这一种固定方式外，还可以将激光仪10设置于相机222的上方，透明板223位于壳体221的顶部，相机222位于壳体221的底部，这时激光仪10竖直向下发射激光束，激光束形成激光面，该激光面投射到透明板223上成像为激光线，并显示在投影膜23上，相机222竖直向上拍摄显示在投影膜23上的激光线；还可以是激光仪10位于相机222的侧面，例如左侧，透明板223位于壳体221的左侧，相机222位于壳体221的右侧，激光仪10在视觉模块的左侧发射激光束，激光束形成激光面，该激光面投射到透明板223上成像为激光线，并显示在投影膜23上，相机222从右侧拍摄显示在投影膜23上的激光线。这里的透明板223、相机222和激光仪10的位置可根据实际需求自行设定，这里不做限定。这里保持透明板223和相机222的位置相对设置，这样可确保相机222可随时采集到投射到透明板223上并显示在投影膜23上的激光线。

本发明实施例的技术方案，通过设计一种视觉测量装置，该视觉测量装置包括：激光仪、视觉测量组件及控制器；激光仪发射激光束，以形成激光面，该激光面在视觉测量组件的透明板上形成激光线，利用视觉测量组件中的相机将投射在透明板上的激光线拍摄下来，将拍摄下来的至少两条激光线发送至控制器，控制器根据至少两条激光线中的任意两条激光线之间的位置变化进行偏移测量，利用本发明实施例的视觉测量装置，能够在视觉测量组件相对于待测平面发生偏移时，对发生的偏移进行测量。

实施例二

图4a和图4b为本发明实施例二提供的一种视觉测量装置的结构示意图，本发明实施例是在上述实施例的基础上，对上述实施例得到进一步优化，如图4a所示，该装置包括：激光仪10、视觉测量组件20及控制器（图中未示出）。

其中，激光仪10，用于发射激光束，以形成激光面40，激光仪10相对于待测平面30固定设置。

视觉测量组件20，包括至少一个视觉模块22；视觉模块22包含相机222及透明板223；相机222用于拍摄激光面40投射在透明板223上成像的激光线。

控制器，用于在视觉测量组件20相对于待测平面30发生偏移的过程中，获取相机222拍摄的至少两条激光线，并根据至少两条激光线中的任意两条激光线之间的位置变化进行偏移测量。

可选的，视觉模块22的数量为两个，两个视觉模块中的相机223的中心连线平行于待测平面，控制器具体可以用于根据两个相机222在不同时刻拍摄所述激光束成像的至少两条激光线中的任意两条激光线之间的位置变化计算激光线之间的偏移。

示例性的，如图4a所示，本发明实施例中的视觉模块有2个，相应的相机222的数量也为2个，调整两个视觉模块22中的两个相机222的中心连线平行于待测平面，这里的两个相机222的中心连线可以是两个相机222视野的中心连线，控制器可以根据两个相机222在不同时刻拍摄所述激光束成像的至少两条激光线中的任意两条激光线之间的位置变化计算激光线之间的偏移，这里计算任意两条激光线之间的偏移可以是计算上述实施例一中的偏移夹角和/或偏移距离。

在上述实施例的技术方案中，设置两个视觉模块22的好处在于，相比一个视觉模块22中的一个相机222，两个视觉模块22中的两个相机222可以增大拍摄视野，减小误差，提高偏移测量的精度，示例性的，参考图5a所示的单目相机偏移测量的示意图，其中，方框1为相机的拍摄视野，从图5a中可看出，利用一个相机时，获取的第四激光线EF的长度为L1；参考图5b所示的双目相机偏移测量的示意图，其中，方框2和方框3均为相机的拍摄视野，从图5b中可看出，利用两个相机时，获取的第五激光线HG的长度为L2+L3；相比L1的长度，L2+L3的长度更长，在读取第五激光线HG时，误差也较小，精度更大。

可选的，控制器可以用于根据两个相机222在不同时刻拍摄所述激光束成像的两条激光线之间的位置变化距离，以及两个相机222之间的中心距，计算两条激光线之间的偏移夹角。

示例性的，这里两个相机222之间的中心距可以是两个相机中轴线之间的距离。参考图6所示的两条激光线之间的偏移测量示意图，图中，方框01和方框02分别代表两个相机的视野，虚线ab和a’b’分别为两个相机的中轴线，点C和点C’为第六激光线AB’与两个相机中轴线的交点，则点C和点 C’之间的沿水平方向的距离即为两个相机222之间的中心距，基于两个相机222拍摄的第六激光线AB’和第七激光线AB之间的位置变化距离，以及两个相机222之间的中心距，根据一定的计算方法即可计算第六激光线AB’和第七激光线AB之间的偏移夹角θ。

可选的，控制器还可以用于根据偏移夹角控制视觉测量组件20的位置调整，以使在所拍摄的激光线平行时进行激光线之间偏移距离的测量。

示例性的，如图6所示，当计算出第六激光线AB’和第七激光线AB之间的偏移夹角θ后，控制器根据该偏移夹角θ，可调整视觉测量组件的位置，使视觉测量组件调整到与待测平面平行的位置，例如，当第六激光线AB’相比第七激光线AB逆时针倾斜了30°时，即视觉测试组件相比待测平面逆时针倾斜了30°，则此时控制器可控制视觉测量组件顺时针倾斜30°，使视觉测量组件调整到与待测平面平行，当视觉测量组件调整到与待测平面平行的位置时，相机视野中的第六激光线AB’和第七激光线AB就会平行，如图6中第七激光线AB和第八激光线A’B’，此时，控制器可对图6中的第七激光线AB和第八激光线A’B’之间的偏移距离进行测量。

可选的，视觉测量组件20还包括安装板21，其中，安装板21固定在壳体221的侧面；或，安装板21固定在壳体221的底端，在安装板21上设置有窗口，壳体221底端的透明板223设置在窗口中。

示例性的，安装板21的长度和位置可根据实际需求进行调整，例如，如图4a所示，安装板21可以固定在两个壳体221的侧面，也可以如图4b所示，将安装板21固定在两个壳体21的底端，当安装板21固定在两个壳体21的底端时，可在安装板21上设置一个窗口，可将透明板223设置在该窗口中。具体的安装板21的固定位置、长度和宽度等，可根据实际需求自行设置，这里不做限定。

本发明实施例的技术方案，通过设计一种视觉测量装置，该视觉测量装置包括：激光仪、视觉测量组件及控制器；激光仪发射激光束，以形成激光面，该激光面在视觉测量组件的透明板上形成激光线，利用视觉测量组件中的两个相机将在不同时刻投射在透明板上的激光线拍摄下来，将拍摄下来的至少两条激光线发送至控制器，控制器根据至少两条激光线中的任意两条激光线之间的位置变化进行偏移测量，利用本发明实施例的视觉测量装置，增大了拍摄视野，减小误差，提高偏移测量的精度，且能够在视觉测量组件相对于待测平面发生偏移时，对发生的偏移进行测量。

实施例三

图7为本发明实施例三提供的一种视觉测量方法的流程图，本实施例可适用于利用视觉测量装置进行偏移测量的情况，该方法可以由视觉测量装置来执行，该视觉测量装置可以由软件和/或硬件来实现，该视觉测量装置可以配置在任一执行前端设备上，本发明实施例主要针对视觉模块数量为2个的情况，具体包括如下步骤：

S11，调整两个相机的焦距，以使两个相机均能拍摄激光线。

示例性的，视觉模块安装后，调整两个相机的焦距，以使两个相机均能拍摄激光线，优选的，将两个相机的焦距调整到投影膜的中心位置，这样可确保两个相机可把投影膜完整拍摄下来。

S12，对两个所述相机进行内参标定，分别获取对应的像素当量，对应记为第一像素当量及第二像素当量。

示例性的，像素当量可以是相机拍摄的图像中像素值与实际距离的换算方式，例如，可以是一个像素值=1mm。因为有两个相机，因此要分别获取两个相机的像素当量，分别定义为第一像素当量及第二像素当量，以便后续计算出偏移距离和偏移角度后，进行距离换算。

S13，通过拍摄刻度尺获取中心距。

示例性的，中心距可以是两个相机中轴线之间的距离。在两个相机的视野中放置高精度钢尺，然后两个相机拍摄该钢尺的图像，读出视野中心的刻度，将两个刻度相减获得中心距，通过拍摄高精度钢尺，能够很简单的获取到中心距，而不用人为的去测量中心距，减小了人为测量的误差，提高了获取的中心距的精度。

S14，在视觉测量组件相对于待测平面发生偏移的过程中，通过所述视觉测量组件中至少一个视觉模块的相机，拍摄激光仪所发射的激光面投射在透明板上的至少两条激光线，所述激光仪相对于所述待测平面固定设置。

可选的，所述激光仪可以是竖直朝上发射所述激光束；所述透明板设置在所述相机和激光仪之间，所述相机用于竖直朝下进行图像采集。两个相机可在不同时刻，通过拍摄激光束在透明板上成像的激光线，从而记录各个时刻激光线的位置，以便后续进行偏移计算。

S15，通过控制器根据至少两条所述激光线中的任意两条激光线之间的位置变化进行偏移测量。

可选的，所述控制器可以具体用于根据至少两条所述激光线中的任意两条激光线之间的位置变化计算激光线之间的偏移夹角。

可选的，所述视觉模块的数量可以为两个，两个所述视觉模块中的相机的中心连线平行于所述待测平面，所述控制器可以具体用于根据两个所述相机在不同时刻拍摄所述激光束成像的至少两条激光线中的任意两条激光线之间的位置变化计算激光线之间的偏移。

可选的，所述控制器可以具体用于根据两个所述相机在不同时刻拍摄所述激光束成像的两条激光线之间的位置变化距离，以及两个所述相机之间的中心距，计算两条激光线之间的偏移夹角。

这里根据两个所述相机在不同时刻拍摄所述激光束成像的两条激光线之间的位置变化距离，以及两个所述相机之间的中心距，计算两条激光线之间的偏移夹角，可以是：将两个相机在不同时刻拍摄所述激光束成像的两条激光线分别作为基准激光线和偏移激光线；将两个相机所拍摄的偏移激光线中，位于相机中轴线上的点，作为第一中点和第二中点；分别计算第一中点及第二中点，与基准激光线之间的垂线距离，对应记为第一距离及第二距离；根据第一距离、第二距离、第一像素当量、第二像素当量及中心距计算偏移夹角；其中，第一像素当量和第二像素当量分别为两个相机的像素当量，所述中心距为两个相机中轴线之间的距离。

示例性的，这里的基准激光线可以是在最初调整相机时，人工调整视觉测量装置的激光参考线，使视觉测量装置与待测平面平行，这时在透明膜上会出现一条与待测平面平行的激光线，该线为基准激光线。这里的偏移激光线可以是在视觉测量装置相对于待测平面移动时，投影膜上会出现除基准激光线之外的激光线，这些激光线为偏移激光线，即偏移激光线是相对于基准激光线偏移的激光线。如图6所示，方框01和方框02分别代表两个相机的视野，虚线ab和a’b’分别为两个相机的中轴线，第七激光线AB为基准激光线，第六及激光线AB’为偏移激光线，点C和点C’分别为偏移激光线与两个相机的中轴线的交点，即第一中点和第二中点，图6中d1和d2分别为第一中点及第二中点，与基准激光线之间的垂线距离，即第一距离及第二距离，基于第一距离、第二距离、第一像素当量、第二像素当量及中心距，根据一定的计算方法，即可计算偏移夹角θ。

可选的，这里的计算方法可以是θ=arctan（（d1*x1-d2*x2）/L），其中，d1为第一距离，d2为第二距离，x1为第一像素当量，x2为第二像素当量，L为中心距。

可选的，控制器还可以用于根据所述偏移夹角控制所述视觉测量组件的位置调整，以使在所拍摄的激光线平行时进行激光线之间偏移距离的测量。

可选的，控制器还用于根据偏移夹角控制所述视觉测量组件的位置调整，以使在所拍摄的激光线平行时进行激光线之间偏移距离的测量，可以是：根据偏移夹角控制视觉测量组件的位置调整，并检测所拍摄的两条激光线是否平行；在检测到拍摄的两条激光线平行时，根据第一距离、第二距离、第一像素当量和第二像素当量计算偏移距离。

示例性的，当控制器检测到偏移激光线相对于基准激光线有一定角度的偏移时，控制器可根据计算出的偏移角度调整视觉测量组件的位置，然后检测所拍摄的两条激光线是否平行，若两条激光线平行，则证明此时视觉测量组件与待测平面平行，例如，图6中，当控制器计算出第六激光线AB’与第七激光线AB之间的偏移夹角θ后，根据该偏移夹角θ调整视觉测量组件的位置，将视觉测量组件调整到与待测平面平行的位置，此时，第六激光线AB’会形成第八激光线A’B’，若该第六激光线AB’和第八激光线A’B’平行，则证明此时视觉测量组件与待测平面平行，但此时视觉测量组件相对于待测平面向前或向后移动了，此时，根据第一距离、第二距离、第一像素当量和第二像素当量，根据一定的计算规则，可计算视觉测量组件相在待测量平面上的偏移距离。

可选的，这里的计算规则可以是K=（d1*x1+d2*x2）/2。理想情况下，这里的x1和x2是相等的，但是在实际情况下，这里的x1和x2可能会有微小偏差，采用K=（d1*x1+d2*x2）/2的计算方法是为了避免在x1和x2存在微小偏差的情况下，直接计算d1*x1或d2*x2，可能造成偏移距离计算误差，这样提高了偏移距离计算的精确性。

在本发明实施例的技术方案中，通过调整两个相机的焦距，以使两个相机均能拍摄激光线，对两个相机进行内参标定，分别获取对应的像素当量，对应记为第一像素当量及第二像素当量，通过拍摄刻度尺获取中心距，能够很简单的获取到中心距，而不用人为的去测量中心距，减小了人为测量的误差，提高了获取的中心距的精度。在视觉测量组件相对于待测平面发生偏移的过程中，通过视觉测量组件中至少一个视觉模块的相机，拍摄激光仪所发射的激光面投射在透明板上的至少两条激光线，将两个相机所拍摄的两条激光线分别作为基准激光线和偏移激光线；控制器将两个相机所拍摄的偏移激光线中，位于相机中轴线上的点，作为第一中点和第二中点；分别计算第一中点及第二中点，与基准激光线之间的垂线距离，对应记为第一距离及第二距离；根据第一距离、第二距离、第一像素当量、第二像素当量及中心距计算偏移夹角，根据偏移夹角控制视觉测量组件的位置调整，并检测所拍摄的两条激光线是否平行；在检测到拍摄的两条激光线平行时，根据第一距离、第二距离、第一像素当量和第二像素当量计算偏移距离。利用本发明实施例的视觉测量方法，在作业设备相对于待测平面发生偏移时，对测量作业设备相对于待测平面发生的偏移进行测量。

实施例四

可参考图2所示，本发明实施例四提供了一种机器人，该机器人包括执行前端设备50和上述任一实施例所述的视觉测量装置，其中，所述视觉测量组件安装在执行前端设备50上并随所述执行前端设备的作业过程而移动，所述执行前端设备50的作业面为所述待测平面，所述控制器具体用于根据所述视觉测量组件检测到的偏移控制所述执行前端设备50相对于所述作业面的作业角度和作业距离。

示例性的，在一种实施例中，以抹灰机器人为例，将上述任一实施例所述的视觉测量装置安装在抹灰机器人的执行前端设备上，这里优选的是将上述实施例二中的视觉测量装置安装于抹灰机器人的执行前端设备上，可将该视觉测量装置安装于抹灰机器人的执行前端设备50上，即将视觉测量装置安装在抹灰机器人的刷子上，当需要对墙体进行粉刷时，首先人工调整视觉测量装置的激光参考线，使其与竖直墙面平行，这时在透明膜上会出现一条与墙面平行的激光线，该激光线为基准激光线，例如，如图6中的第七激光线AB，在抹灰机器人工作的过程中，抹灰机器人的执行前端设备会相对于墙面发生左右偏移或上下偏移，这时，视觉测量组件20相对于待测平面30发生左右偏移或上下偏移，相对应的，当视觉测量组件20相对于待测平面30发生左右偏移或上下偏移时，激光束投射到投影膜上，会形成至少一条与基准激光线成一定角度的偏移激光线，例如，如图6中的第六激光线AB’，相机222将包括第六激光线AB’和第七激光线AB的至少两条激光线拍摄下来，根据两个相机222拍摄的至少两条激光线中的任意两条激光线之间的位置变化距离，以及两个相机222之间的中心距，根据上述实施例三中的偏移夹角的计算方法，可计算任意两条激光线之间的偏移夹角，即可计算出视觉测量组件20相对于待测平面偏移的偏移夹角。利用本发明实施例的视觉测量装置，可将偏移角度测量精度提高了0.1°以上。

示例性的，在一种实施例中，以打磨机器人为例，将上述任一实施例所述的视觉测量装置安装在打磨机器人的执行前端设备上，这里优选的是将上述实施例二中的视觉测量装置安装于打磨机器人的执行前端设备上，即将视觉测量装置安装在打磨机器人的打磨头上，安装方式同抹灰机器人，当需要对墙体进行打磨时，例如，需对墙体打磨5毫米，首先调整视觉测量装置的激光参考线，人工调整该激光参考线，使其与竖直墙面平行，这时在透明膜上会出现一条与墙面平行的激光线，该激光线线为基准激光线，在打磨机器人工作的过程中，打磨机器人的执行前端设备会相对于墙面向里推进，这时，视觉测量组件20相对于待测平面30发生前后偏移，相对应的，当视觉测量组件20相对于待测平面30发生前后偏移时，激光束投射到透投影膜上，会形成一条与基准激光线平行的偏移激光线，由于打磨机器人在想墙体内部推进的过程中，在投影膜上会持续出现至少两条激光线（一条为基准激光线，另一条为打磨机器人推进过程中产生的偏移激光线），相机222将至少两条激光线拍摄下来，根据两个相机222拍摄的至少两条激光线中的任意两条激光线之间的位置变化，根据上述实施例三的偏移距离的计算方法，可计算任意两条激光线之间的偏移距离，即可计算出视觉测量组件20相对于待测平面偏移的距离。利用本发明实施例的视觉测量装置，可将偏移距离测量精度精确到了0.1mm以上。

示例性的，在一种实施例中，以打磨机器人为例，若想要将墙体打磨5毫米，则需将打磨机器人向墙体内推进5毫米，当打磨机器人在工作的过程中，可能会出现左右偏移的情况，这时，此时，在投影膜上会形成如图6中的第六激光线AB’和第七激光线AB，此时，则需先计算出第六激光线AB’和第七激光线AB之间的偏移夹角θ，根据该偏移角度θ，调整执行前端，即带动调整视觉测量组件的位置，将其调整到与墙面平行的位置，此时，第六激光线AB’就会形成第八激光线A’B’，然后再根据相机222拍摄的平行的第七激光线AB和第八激光线A’B’，计算第七激光线AB和第八激光线A’B’的偏移距离，即此时打磨机器人向墙体内推进了多少，若还不够5毫米，则继续推进，若达到5毫米，则停止推进。

需要说明的是，在本发明实施例的技术方案中，相机拍摄投影膜上的激光线，以及控制器根据拍摄的激光线进行偏移角度和偏移距离的测量是实时进行的，以便安装有视觉测量装置的机器人可实时了解作业情况，根据作业情况可实时调整视觉测量组件的位置，避免在作业时出现较大偏移，影响作业质量。

本发明实施例的技术方案，设计了一种机器人，该机器人包括执行前端设备和上述实施例的视觉测量装置，执行前端设备的作业面为待测平面，其中，视觉测量组件安装在执行前端设备上并随执行前端设备的作业过程而移动，执行前端设备用于根据视觉测量组件检测到的偏移夹角和偏移距离控制执行前端设备对所述作业面进行作业。利用本发明实施例的机器人，在作业设备相对于待测平面发生偏移时，对测量作业设备相对于待测平面发生的偏移进行测量。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种视觉测量装置，其特征在于，包括：激光仪、视觉测量组件及控制器；

所述激光仪，用于发射激光束，以形成激光面，所述激光仪相对于待测平面固定设置；

所述视觉测量组件，包括至少一个视觉模块；所述视觉模块包含图像次采集设备及透明板；所述图像采集设备用于拍摄所述激光面投射在所述透明板上成像的激光线；

所述控制器，用于在所述视觉测量组件相对于所述待测平面发生偏移的过程中，获取所述图像采集设备拍摄的至少两条激光线，并根据至少两条所述激光线中的任意两条激光线之间的位置变化进行偏移测量。

2.一种视觉测量方法，其特征在于，包括：

在视觉测量组件相对于待测平面发生偏移的过程中，通过所述视觉测量组件中至少一个视觉模块的图像采集设备，拍摄激光仪所发射的激光面投射在透明板上的至少两条激光线，所述激光仪相对于所述待测平面固定设置；

通过控制器根据至少两条所述激光线中的任意两条激光线之间的位置变化进行偏移测量。

3.根据权利要求1所述的装置或权利要求2所述的方法，其特征在于，所述控制器具体用于根据至少两条所述激光线中的任意两条激光线之间的位置变化计算激光线之间的偏移夹角。

4.根据权利要求1所述的装置或权利要求2所述的方法，其特征在于，所述视觉模块的数量为两个，两个所述视觉模块中的图像采集设备的中心连线平行于所述待测平面，所述控制器具体用于根据两个所述图像采集设备在不同时刻拍摄所述激光束成像的至少两条激光线中的任意两条激光线之间的位置变化计算激光线之间的偏移。

5.根据权利要求4所述的装置或方法，其特征在于，所述控制器具体用于：

根据两个所述图像采集设备在不同时刻拍摄所述激光束成像的两条激光线之间的位置变化距离，以及两个所述图像采集设备之间的中心距，计算两条激光线之间的偏移夹角。

6.根据权利要求3或5所述的装置或方法，其特征在于，所述控制器还用于根据所述偏移夹角控制所述视觉测量组件的位置调整，以使在所拍摄的激光线平行时进行激光线之间偏移距离的测量。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括投影膜；

所述投影膜设置于所述透明板上，所述激光面透过所述透明板显示在所述投影膜上。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述视觉模块中还包括呈中空的柱状壳体，所述图像采集设备和所述透明板固定在所述柱状壳体的两端，正对设置。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述视觉测量组件还包括安装板；其中：

所述安装板固定在所述壳体的侧面；或

所述安装板固定在所述壳体的底端，在所述安装板上设置有窗口，所述壳体底端的透明板设置在所述窗口中。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述中空柱状壳体为不透光的封闭壳体。

11.根据权利要求1所述的装置或权利要求2所述的方法，其特征在于：

所述激光仪用于竖直朝上发射所述激光束；

所述透明板设置在所述图像采集设备和激光仪之间，所述图像采集设备用于竖直朝下进行图像采集。

12.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据两个所述图像采集设备在不同时刻拍摄所述激光束成像的两条激光线之间的位置变化距离，以及两个所述图像采集设备之间的中心距，计算两条激光线之间的偏移夹角，包括：

将两个所述图像采集设备所拍摄的两条激光线分别作为基准激光线和偏移激光线；

将两个图像采集设备所拍摄的偏移激光线中，位于图像采集设备中轴线上的点，作为第一中点和第二中点；

分别计算所述第一中点及所述第二中点，与所述基准激光线之间的垂线距离，对应记为第一距离及第二距离；

根据所述第一距离、所述第二距离、第一像素当量、第二像素当量及所述中心距计算所述偏移夹角；其中，所述第一像素当量和第二像素当量分别为两个图像采集设备的像素当量，所述中心距为两个图像采集设备中轴线之间的距离。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，根据所述偏移夹角控制所述视觉测量组件的位置调整，以使在所拍摄的激光线平行时进行激光线之间偏移距离的测量包括：

根据所述偏移夹角控制所述视觉测量组件的位置调整，并检测所拍摄的两条激光线是否平行；

在检测到所述拍摄的两条激光线平行时，根据所述第一距离、所述第二距离、第一像素当量和第二像素当量计算所述偏移距离。

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，根据所述第一距离、所述第二距离、第一像素当量、第二像素当量及所述中心距计算所述偏移夹角包括：按照如下公式计算偏移夹角θ：

θ=arctan（（d1*x1-d2*x2）/L）；

其中，d1为第一距离，d2为第二距离，x1为第一像素当量，x2为第二像素当量，L为中心距。

15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，根据所述第一距离、所述第二距离、第一像素当量和第二像素当量计算所述偏移距离包括按照如下公式计算所述偏移距离K：

K=（d1*x1+d2*x2）/2。

16.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，通过两个所述图像采集设备拍摄激光线之前，还包括：

调整两个所述图像采集设备的焦距，以使两个所述图像采集设备均能拍摄所述激光线；

对两个所述图像采集设备进行内参标定，分别获取对应的像素当量，对应记为第一像素当量及第二像素当量；

通过拍摄刻度尺获取所述中心距。

17.一种机器人，其特征在于，包括执行前端设备和权利要求1，3-11任一项所述的视觉测量装置，其中，所述视觉测量组件安装在执行前端设备上并随所述执行前端设备的作业过程而移动，所述执行前端设备的作业面为所述待测平面，所述控制器具体用于根据所述视觉测量组件检测到的偏移控制所述执行前端设备相对于所述作业面的作业角度和作业距离。

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