CN114418973A - 自动识别钢筋间距实现调直与纠偏的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动识别钢筋间距实现调直与纠偏的系统及方法，该方法包括如下步骤：在利用机器人进行钢筋自动绑扎时，获取待绑扎的钢筋的图像；对所获取的待绑扎的钢筋的图像进行处理以得到相邻的两根钢筋的间距；判断所得到的相邻的两根钢筋的间距是否超过设定范围，若超过设定范围则以所述机器人当前所要绑扎的钢筋为基准，调整另一根钢筋的位置，使得两根钢筋的间距在所述设定范围内。本发明在钢筋间的间距超过设定范围时对钢筋的位置进行自动调整，实现了对钢筋进行调直与纠偏，确保机器人能够沿着钢筋进行行走，无需人工介入，有效解决了机器人因钢筋发生偏移而导致的无法行走的问题。

Description

自动识别钢筋间距实现调直与纠偏的系统及方法

技术领域

本发明涉及钢筋绑扎技术领域，特指一种自动识别钢筋间距实现调直与纠偏的系统及方法。

背景技术

目前，建筑工地现场钢筋绑扎仍然处于人工的阶段，人工识别绑扎点，手动进行钢筋绑扎，易出现漏绑、绑丝断裂等问题，耗费了大量的人力物力，且由于劳动力短缺和人口老龄化的影响，施工工人越来越少，因此采用自动化的方式才是解决未来现场施工人力短缺的方法。

随着自动化技术的普及，产生了越来越多的自动绑扎工具，例如中国专利CN111576885A提出一种钢筋绑扎机器人智能绑扎施工方法，利用激光扫描建立BIM模型，在BIM模型中设定初始位置，规划行动路径，存在工作流程复杂，且钢筋布局间距不定，机器人行走可能会被强行截止，实用价值不高。

另一中国专利CN111877769A提出了一种钢筋网行走机器人，其能够在钢筋网上行走并通过其上设置的自动绑扎机构，实现钢筋的自动绑扎。但这一钢筋网行走机器人是沿着钢筋进行行走的，若钢筋放置位移偏移，或钢筋网行走机器人在钢筋网上横跨行走时触碰钢筋而使得钢筋倾斜，就会导致钢筋网行走机器人行走方向发生偏移，在钢筋偏移量较大时，会使得钢筋网行走机器人无法继续行走，从而需要人工介入进行调整。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种自动识别钢筋间距实现调直与纠偏的系统及方法，解决现有的钢筋绑扎机器人无法调节钢筋的位置偏移，在钢筋位置发生偏移时容易导致机器人无法继续行走进而需要人工介入进行调整的问题。

实现上述目的的技术方案是：

本发明提供了一种自动识别钢筋间距实现调直与纠偏的方法，包括如下步骤：

在利用机器人进行钢筋自动绑扎时，获取待绑扎的钢筋的图像；

对所获取的待绑扎的钢筋的图像进行处理以得到相邻的两根钢筋的间距；

判断所得到的相邻的两根钢筋的间距是否超过设定范围，若超过设定范围则以所述机器人当前所要绑扎的钢筋为基准，调整另一根钢筋的位置，使得两根钢筋的间距在所述设定范围内。

本发明的方法能够在机器人对钢筋进行自动绑扎时，对相邻的两根钢筋间的间距进行判断，当钢筋间的间距超过设定范围时对钢筋的位置进行自动调整，实现了对钢筋进行调直与纠偏，确保机器人能够沿着钢筋进行行走，无需人工介入，有效解决了机器人因钢筋发生偏移而导致的无法行走的问题。

本发明自动识别钢筋间距实现调直与纠偏的方法的进一步改进在于，还包括：

提供纠偏机构，将所述纠偏机构安装在所述机器人上；

在需调整钢筋的位置时，通过所述纠偏机构推动对应的钢筋以实现钢筋的位置调整。

本发明自动识别钢筋间距实现调直与纠偏的方法的进一步改进在于，将所述纠偏机构通过一升降驱动件安装在所述机器人上，通过所述升降驱动件驱动所述纠偏机构进行上下移动调节。

本发明自动识别钢筋间距实现调直与纠偏的方法的进一步改进在于，将所述纠偏机构安装在所述机器人的前后两侧，且所述纠偏机构包括可沿横向进行移动调节的第一驱动轮和第二驱动轮；

在调整钢筋的位置时，通过所述第一驱动轮向靠近作为基准的钢筋的方向推动对应需调整的钢筋，通过所述第二驱动轮向远离作为基准的钢筋的方向推动对应需调整的钢筋，从而实现了钢筋的位置调整。

本发明自动识别钢筋间距实现调直与纠偏的方法的进一步改进在于，在获取待绑扎的钢筋的图像时，获取RGB图像和深度图像；

在对图像进行处理时，在所述RGB图像中对相邻的两根钢筋进行测量点标识，并得到所标识的测量点的像素坐标；

在所述深度图像中标识出对应的测量点，并得到所标识的测量点的深度信息；

根据所述测量点的像素坐标及深度坐标计算得到测量点的空间坐标；

利用所述测量点的空间坐标计算得到两个测量点之间的距离作为相邻的两根钢筋的间距。

本发明还提供了一种自动识别钢筋间距实现调直与纠偏的系统，包括：

图像采集单元，用于在利用机器人进行钢筋自动绑扎时，采集待绑扎的钢筋的图像；

间距计算单元，与所述图像采集单元连接，用于对获取的待绑扎的钢筋的图像进行处理并得到相邻的两根钢筋的间距；

处理单元，与所述间距计算单元连接，用于判断所得到的相邻的两根钢筋的间距是否超过设定范围，若超过设定范围则以所述机器人当前所要绑扎的钢筋为基准，调整另一根钢筋的位置，使得两根钢筋的间距在所述设定范围内。

本发明自动识别钢筋间距实现调直与纠偏的系统的进一步改进在于，还包括安装在所述机器人上的纠偏机构，所述处理单元与所述纠偏机构控制连接，通过控制所述纠偏机构推动对应的钢筋以实现钢筋的位置调整。

本发明自动识别钢筋间距实现调直与纠偏的系统的进一步改进在于，所述纠偏机构通过一升降驱动件安装在所述机器人上；

所述处理单元与所述升降驱动件控制连接，所述处理单元可控制所述升降驱动件进行升降调节从而带着所述纠偏机构进行上下移动调节。

本发明自动识别钢筋间距实现调直与纠偏的系统的进一步改进在于，所述纠偏机构有两个，且设于所述机器人的前后两侧，所述纠偏机构包括可沿横向进行移动调节的第一驱动轮和第二驱动轮；

所述处理单元在调整钢筋的位置时，控制所述第一驱动轮向靠近作为基准的钢筋的方向推动对应需调整的钢筋，控制所述第二驱动轮向远离作为基准的钢筋的方向推动对应需调整的钢筋，从而实现了钢筋的位置调整。

本发明自动识别钢筋间距实现调直与纠偏的系统的进一步改进在于，所述图像采集单元采集的待绑扎的钢筋的图像包括RGB图像和深度图像；

所述间距计算单元用于在所述RGB图像中对相邻的两根钢筋进行测量点标识，并得到所标识的测量点的像素坐标；在所述深度图像中标识出对应的测量点，并得到所标识的测量点的深度信息；根据所述测量点的像素坐标及深度坐标计算得到测量点的空间坐标；利用所述测量点的空间坐标计算得到两个测量点之间的距离作为相邻的两根钢筋的间距。

附图说明

图1为本发明自动识别钢筋间距实现调直与纠偏的方法的流程图。

图2为本发明自动识别钢筋间距实现调直与纠偏的系统的系统图。

图3为本发明自动识别钢筋间距实现调直与纠偏的系统及方法中机器人在绑扎钢筋的结构示意图。

图4为本发明自动识别钢筋间距实现调直与纠偏的系统及方法中纠偏机构的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

参阅图1，本发明提供了一种自动识别钢筋间距实现调直与纠偏的系统及方法，能够为钢筋自动绑扎机器人提供钢筋调直与纠偏的功能，在发现钢筋发生偏移时，可对钢筋进行自动纠偏，确保钢筋的位置准确，一方面能够保证钢筋的绑扎质量，另一方面可确保机器人沿着钢筋进行顺利的行走，避免因钢筋发生偏移而导致机器人无法行走，且无需人工介入，全程自动化，具有较高的实际使用价值。下面结合附图对本发明自动识别钢筋间距实现调直与纠偏的系统及方法进行说明。

参阅图2，显示了本发明自动识别钢筋间距实现调直与纠偏的系统的系统图。下面结合图2，对本发明自动识别钢筋间距实现调直与纠偏的系统进行说明。

如图2所示，本发明的自动识别钢筋间距实现调直与纠偏的系统包括图像采集单元21、间距计算单元22以及处理单元23，图像采集单元21用于在利用机器人进行钢筋自动绑扎时，采集待绑扎的钢筋的图像；间距计算单元22与图像采集单元21连接，用于对获取的待绑扎的钢筋的图像进行处理并得到相邻的两根钢筋的间距；处理单元23与间距计算单元22连接，用于判断所得到的相邻的两根钢筋的间距是否超过设定范围，若超过设定范围则以机器人当前所要绑扎的钢筋为基准，调整另一根钢筋的位置，使得两根钢筋的间距在设定范围内。

较佳地，设定范围依据钢筋的标准间距和误差范围来确定。在钢筋发生偏移时，该钢筋可能相对更靠近基准钢筋，此时计算得到的间距小于设定范围的低值，调整时，可向着远离基准钢筋的方向推动对应的钢筋，肉钢筋相对更远离基准钢筋，此时计算得到的间距大于设定范围的高值，调整时，可向着靠近基准钢筋的方向推动对应的钢筋。误差范围较佳为1cm，设定范围等于标准间距±1cm，若标准间距为15cm，则设定范围在14至16cm之间，当计算得到的实际间距小于14或者大于16时，实际间距均超过了设定范围。

在本发明的一种具体实施方式中，结合图3所示，在利用机器人30对钢筋网10进行自动绑扎时，机器人30会从钢筋网10的一侧开始绑扎，此时为确保钢筋网10的第一根钢筋的位置准确，可在设置钢筋网时对该第一根钢筋进行校正，校正可采用人工进行校正，如此该第一根钢筋作为初始的基准钢筋，利用该第一根钢筋可实现对第二根钢筋的调直与纠偏，如此接续下去可实现所有钢筋的调直与纠偏，确保钢筋的位置在误差允许的范围内。

本发明绑扎钢筋的用的机器人30的底部设有行走轮，通过行走轮在对应的钢筋上进行行走。相对的两个行走轮的间距设计为相邻两根钢筋间距的二倍，进而行走轮放置在对应的两根钢筋上，在机器人30的下方的中部位置处还设有一根钢筋，对应设于机器人30中部位置处的钢筋即为待调整的钢筋，在某一侧行走轮下方的钢筋为当前需绑扎的钢筋，也即为基准钢筋，而待调整的钢筋即为下一根需绑扎的钢筋。

在本发明的一种具体实施方式中，如图3所示，本发明的系统还包括安装在机器人30上的纠偏机构24，处理单元23与纠偏机构24控制连接，通过控制纠偏机构24推动对应的钢筋以实现钢筋的位置调整。

具体地，处理单元23在判断得到相邻的两根钢筋的间距大于设定范围的高值时，处理单元23控制纠偏机构24向着靠近基准钢筋的方向推动对应的钢筋以实现调整该钢筋的位置。处理单元23在判断得到相邻的两根钢筋的间距小于设定范围的低值时，处理单元23控制纠偏机构24向着远离基准钢筋的方向推动对应的钢筋以实现调整该钢筋的位置。

进一步地，处理单元23还用于计算相邻的两个钢筋的间距与标准间距之间的差值，利用该差值对钢筋进行位置的调整，在调整钢筋位置时，利用该差值控制纠偏机构24推动对应的钢筋，使得对应的钢筋移动的距离等于该差值，进而确保钢筋能够调整到位，也即钢筋调整后相邻两个钢筋之间的间距在设定范围内。

再进一步地，如图3和图4所示，纠偏机构24通过一升降驱动件25安装在机器人30上，处理单元23与升降驱动件25控制连接，处理单元23可控制升降驱动件25进行升降调节从而带着纠偏机构24进行上下移动调节。在机器人30进行钢筋绑扎及在钢筋上进行行走时，需要纠偏机构24位于钢筋网10的上方，避免纠偏机构24阻碍机器人30的移动，此时处理单元23控制升降驱动件25向上移动进而带着纠偏机构24向上移动至钢筋网10的上方，纠偏机构24就不会阻碍机器人30的行走。在需要纠偏钢筋时，处理单元23控制升降驱动件25向下移动进而带着纠偏机构24向下移动至对应待调整的钢筋的位置处，使得纠偏机构24能够对应的推动该钢筋。

又进一步地，纠偏机构24有两个，设于机器人30的前后两侧，从而利用两个纠偏机构24同步的推动钢筋时能够保证将钢筋调直及纠偏到位，当钢筋为水平偏移一定距离时，利用两个纠偏机构24同步的推动该钢筋进行水平移动，从而使得钢筋调整到位。当钢筋呈倾斜状也即钢筋偏移了一定角度时，利用一个纠偏机构24抵住钢筋，让另一个纠偏机构24推动钢筋，使得钢筋转正。

具体地，纠偏机构24包括可沿横向进行移动调节的第一驱动轮242和第二驱动轮243，处理单元23在调整钢筋的位置时，控制第一驱动轮242向靠近作为基准的钢筋的方向推动对应需调整的钢筋，控制第二驱动轮243向远离作为基准的钢筋的方向推动对应需调整的钢筋，从而实现了钢筋的位置调整。

在进行钢筋的位置调整时，第一驱动轮242和第二驱动轮243位于钢筋的两侧，处理单元23在调整钢筋的位置时，可根据钢筋调整的方向来选择控制哪一个驱动轮进行运行。在利用纠偏机构24抵住钢筋时，处理单元可控制第一驱动轮242和第二驱动轮243相向运动进而夹紧钢筋。

较佳地，纠偏机构24包括横向轨道241，第一驱动轮242和第二驱动轮243的顶部设有滑块，该滑块滑设在横向轨道241上，从而第一驱动轮242和第二驱动轮243可沿着横向轨道241进行移动调节。在横向轨道241的端部设有驱动件，以驱动对应的驱动轮，通过驱动件可驱动对应的驱动轮沿着横向轨道241进行移动调节。升降驱动件25较佳为气缸，该气缸与横向轨道241的顶部连接，通过气缸带动该横向轨道241进行上下移动调节。结合图3和图4所示，机器人30的顶部固定连接有一安装柱26，该安装柱26的顶部固定连接一安装座261，升降驱动件25的顶部与该安装座261固定连接，且该升降驱动件25呈竖向设置。

在本发明的一种具体实施方式中，图像采集单元21采集的待绑扎的钢筋的图像包括RGB图像和深度图像；

间距计算单元22用于在RGB图像中对相邻的两根钢筋进行测量点标识，并得到所标识的测量点的像素坐标；在深度图像中标识出对应的测量点，并得到所标识的测量点的深度信息；根据测量点的像素坐标及深度坐标计算得到测量点的空间坐标；利用测量点的空间坐标计算得到两个测量点之间的距离作为相邻的两根钢筋的间距。

较佳地，图像采集单元21为深度相机，安装在机器人30上，该深度相机较佳安装在机器人30的行走轮的位置处，以获取行走轮处钢筋的图像进而获得钢筋的间距。

深度相机上的RGB摄像头和深度摄像头的像素坐标不一致，首先将深度摄像头空间坐标系的点转换到RGB摄像头空间坐标系下，然后获取坐标一致的RGB图像和深度图像；在RGB图像上标识的测量点为钢筋交叉点，一个测量点位于基准钢筋上，另一个测量点位于待调整的钢筋上，两个测量点相对设置，从而两个测量点间的距离即为两根钢筋的间距，在RGB图像中可获得两个测量点的像素坐标。在深度图像上能够获得对应的两个测量点的深度信息；根据针孔成像原理，如果已知测量点在像素坐标系的映射坐标，并且已知距离，就可以将测量点的位置确定，基于此，根据如下式子计算得到空间坐标：

上式中，x,y,z是测量点的空间坐标，u,v是测量点的像素坐标，cx,xy分别是W/2，H/2，其中W和H分别为图像的宽度和高度，fx和fy分别为相机在x轴和y轴的焦距。得到测量点A的坐标为(xa,ya,za)，测量点B的坐标为(xb,yb,zb)，之后根据公式d＝√((xa-xb)^2+(ya-yb)^2+(za-zb)^2)即可获得两点的距离，也即两根钢筋之间的间距。

钢筋网包括横向钢筋和纵向钢筋，若纵向钢筋位于横向钢筋之上，机器人30在绑扎钢筋时，会沿着纵向钢筋进行行走，拍摄的图像即为纵向钢筋的图像，在标识测量点时，测量点标识在相邻的两个纵向钢筋上，且两个测量点的位置对应一根横向钢筋设置。在判断纵向钢筋是否产生倾斜时，在图像上标识四个测量点，其中两个测量点的位置对应一根横向钢筋，另两个测量点的位置对应另一根横向钢筋，进而得到两个钢筋间距，若两个钢筋间距相等则表明纵向钢筋未产生倾斜，若两个钢筋间距不等就能够得到钢筋的倾斜方向，进而实现对钢筋的调整。

本发明还提供了一种自动识别钢筋间距实现调直与纠偏的方法，下面对该方法进行说明。

如图1所示，本发明的调直与纠偏的方法包括如下步骤：

执行步骤S11，在利用机器人进行钢筋自动绑扎时，获取待绑扎的钢筋的图像；接着执行步骤S12；

执行步骤S12，对所获取的待绑扎的钢筋的图像进行处理以得到相邻的两根钢筋的间距；接着执行步骤S13；

执行步骤S13，判断所得到的相邻的两根钢筋的间距是否超过设定范围，若超过设定范围则以机器人当前所要绑扎的钢筋为基准，调整另一根钢筋的位置，使得两根钢筋的间距在设定范围内。

在本发明的一种具体实施方式中，还包括：

提供纠偏机构，将纠偏机构安装在机器人上；

在需调整钢筋的位置时，通过纠偏机构推动对应的钢筋以实现钢筋的位置调整。

在本发明的一种具体实施方式中，将纠偏机构通过一升降驱动件安装在机器人上，通过升降驱动件驱动纠偏机构进行上下移动调节。

在本发明的一种具体实施方式中，将纠偏机构安装在机器人的前后两侧，且纠偏机构包括可沿横向进行移动调节的第一驱动轮和第二驱动轮；

在调整钢筋的位置时，通过第一驱动轮向靠近作为基准的钢筋的方向推动对应需调整的钢筋，通过第二驱动轮向远离作为基准的钢筋的方向推动对应需调整的钢筋，从而实现了钢筋的位置调整。

在本发明的一种具体实施方式中，在获取待绑扎的钢筋的图像时，获取RGB图像和深度图像；

在对图像进行处理时，在RGB图像中对相邻的两根钢筋进行测量点标识，并得到所标识的测量点的像素坐标；

在深度图像中标识出对应的测量点，并得到所标识的测量点的深度信息；

根据测量点的像素坐标及深度坐标计算得到测量点的空间坐标；

利用测量点的空间坐标计算得到两个测量点之间的距离作为相邻的两根钢筋的间距。

以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种自动识别钢筋间距实现调直与纠偏的方法，其特征在于，包括如下步骤：

在利用机器人进行钢筋自动绑扎时，获取待绑扎的钢筋的图像；

对所获取的待绑扎的钢筋的图像进行处理以得到相邻的两根钢筋的间距；

判断所得到的相邻的两根钢筋的间距是否超过设定范围，若超过设定范围则以所述机器人当前所要绑扎的钢筋为基准，调整另一根钢筋的位置，使得两根钢筋的间距在所述设定范围内。

2.如权利要求1所述的自动识别钢筋间距实现调直与纠偏的方法，其特征在于，还包括：

提供纠偏机构，将所述纠偏机构安装在所述机器人上；

在需调整钢筋的位置时，通过所述纠偏机构推动对应的钢筋以实现钢筋的位置调整。

3.如权利要求2所述的自动识别钢筋间距实现调直与纠偏的方法，其特征在于，将所述纠偏机构通过一升降驱动件安装在所述机器人上，通过所述升降驱动件驱动所述纠偏机构进行上下移动调节。

4.如权利要求2所述的自动识别钢筋间距实现调直与纠偏的方法，其特征在于，将所述纠偏机构安装在所述机器人的前后两侧，且所述纠偏机构包括可沿横向进行移动调节的第一驱动轮和第二驱动轮；

在调整钢筋的位置时，通过所述第一驱动轮向靠近作为基准的钢筋的方向推动对应需调整的钢筋，通过所述第二驱动轮向远离作为基准的钢筋的方向推动对应需调整的钢筋，从而实现了钢筋的位置调整。

5.如权利要求1所述的自动识别钢筋间距实现调直与纠偏的方法，其特征在于，在获取待绑扎的钢筋的图像时，获取RGB图像和深度图像；

在对图像进行处理时，在所述RGB图像中对相邻的两根钢筋进行测量点标识，并得到所标识的测量点的像素坐标；

在所述深度图像中标识出对应的测量点，并得到所标识的测量点的深度信息；

根据所述测量点的像素坐标及深度坐标计算得到测量点的空间坐标；

利用所述测量点的空间坐标计算得到两个测量点之间的距离作为相邻的两根钢筋的间距。

6.一种自动识别钢筋间距实现调直与纠偏的系统，其特征在于，包括：

图像采集单元，用于在利用机器人进行钢筋自动绑扎时，采集待绑扎的钢筋的图像；

间距计算单元，与所述图像采集单元连接，用于对获取的待绑扎的钢筋的图像进行处理并得到相邻的两根钢筋的间距；

处理单元，与所述间距计算单元连接，用于判断所得到的相邻的两根钢筋的间距是否超过设定范围，若超过设定范围则以所述机器人当前所要绑扎的钢筋为基准，调整另一根钢筋的位置，使得两根钢筋的间距在所述设定范围内。

7.如权利要求6所述的自动识别钢筋间距实现调直与纠偏的系统，其特征在于，还包括安装在所述机器人上的纠偏机构，所述处理单元与所述纠偏机构控制连接，通过控制所述纠偏机构推动对应的钢筋以实现钢筋的位置调整。

8.如权利要求7所述的自动识别钢筋间距实现调直与纠偏的系统，其特征在于，所述纠偏机构通过一升降驱动件安装在所述机器人上；

所述处理单元与所述升降驱动件控制连接，所述处理单元可控制所述升降驱动件进行升降调节从而带着所述纠偏机构进行上下移动调节。

9.如权利要求7所述的自动识别钢筋间距实现调直与纠偏的系统，其特征在于，所述纠偏机构有两个，且设于所述机器人的前后两侧，所述纠偏机构包括可沿横向进行移动调节的第一驱动轮和第二驱动轮；

所述处理单元在调整钢筋的位置时，控制所述第一驱动轮向靠近作为基准的钢筋的方向推动对应需调整的钢筋，控制所述第二驱动轮向远离作为基准的钢筋的方向推动对应需调整的钢筋，从而实现了钢筋的位置调整。

10.如权利要求6所述的自动识别钢筋间距实现调直与纠偏的系统，其特征在于，所述图像采集单元采集的待绑扎的钢筋的图像包括RGB图像和深度图像；

所述间距计算单元用于在所述RGB图像中对相邻的两根钢筋进行测量点标识，并得到所标识的测量点的像素坐标；在所述深度图像中标识出对应的测量点，并得到所标识的测量点的深度信息；根据所述测量点的像素坐标及深度坐标计算得到测量点的空间坐标；利用所述测量点的空间坐标计算得到两个测量点之间的距离作为相邻的两根钢筋的间距。

Images