基于视觉扫描的混凝土试块抓取坐标生成方法及系统与流程

本发明涉及自动化检测，尤其是基于视觉扫描的混凝土试块抓取坐标生成方法及系统。

背景技术：

1、混凝土抗压强度检测是建筑工程质量核验核心工序，现阶段规模化检测实验室普遍采用全自动压力试验机搭配桁架机械手完成试自动上下料：操作人员将装载多组混凝土试块的手推钢制推车推送至机械手作业区域，机械手依靠三维视觉识别基准标记，解算试块抓取坐标后完成自动抓取转运。行业内先后迭代两代视觉坐标补偿方案。

2、其中，第一代单靶标平移补偿法仅能校正推车二维平移，无法识别平面旋转，远端抓取误差随距离放大，难以适配±1.5mm容错的小规格试块，且单点靶标易因粉尘遮挡整机停机，连续运行稳定性差。

3、针对单靶标无法补偿旋转偏差的缺陷，行业衍生出第二代三点非共线靶标刚体补偿方案，通过在推车前端布设三处非共线基准点，利用奇异值分解求解完整三维刚体变换矩阵，同步补偿推车三轴平移与水平面旋转偏差，有效解决单靶标远端误差放大问题。但该方案的算法全程将推车假定为无形变理想刚体，忽略钢制推车满载200kg以上混凝土试块时，承载横梁会产生微米至亚毫米级弹性下挠，且机械手逐块抓取试块过程中，推车载荷持续阶梯式减小，横梁挠曲变形同步动态回弹，车体各位置相对基准点的空间偏移量实时变化。

4、若通过加厚车架、加装支撑脚或增设位移传感器改善变形，会大幅提升设备成本与维护工作量，现有方案无法同时兼顾高精度、低成本、连续自动化作业三项需求。

5、因此，亟需基于视觉扫描的混凝土试块抓取坐标生成方法及系统，来解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供基于视觉扫描的混凝土试块抓取坐标生成方法，包括离线建模阶段和在线补偿阶段；

2、所述离线建模阶段包括以下步骤：

3、步骤a1：获取布设于推车上的第一基准靶标、第二基准靶标、第三基准靶标及第四靶标在机械手基座坐标系下的三维基准坐标，其中所述第一基准靶标、所述第二基准靶标和所述第三基准靶标布设于推车靠近机械手一侧且呈非共线排列，所述第四靶标布设于推车上相对远离所述第一基准靶标、所述第二基准靶标和所述第三基准靶标的远端位置；

4、步骤a2：获取推车上各预设抓取点的三维基准坐标；

5、步骤a3：根据各预设抓取点的三维基准坐标与所述第一基准靶标、所述第二基准靶标和所述第三基准靶标的三维基准坐标之间的空间位置关系，生成各预设抓取点的局部坐标并存储；

6、所述在线补偿阶段包括以下步骤：

7、步骤b1：获取当前实际停放位姿下的所述第一基准靶标、所述第二基准靶标和所述第三基准靶标的实时三维坐标；

8、步骤b2：根据所述第一基准靶标、所述第二基准靶标和所述第三基准靶标的三维基准坐标与实时三维坐标之间的映射关系，计算刚体变换矩阵；

9、步骤b3：获取当前实际停放位姿下的所述第四靶标的实时三维坐标；

10、步骤b4：利用所述刚体变换矩阵对所述第四靶标的三维基准坐标进行变换，得到所述第四靶标的理论预测坐标；

11、步骤b5：根据所述第四靶标的实时三维坐标与所述理论预测坐标，计算翘曲偏差向量；

12、步骤b6：根据所述翘曲偏差向量和所述局部坐标，计算各预设抓取点的差异化翘曲补偿量；

13、步骤b7：根据所述刚体变换矩阵、所述局部坐标和所述差异化翘曲补偿量，生成各预设抓取点在所述机械手基座坐标系下的最终抓取坐标。

14、进一步的，本发明还公开了一种基于视觉扫描的混凝土试块抓取坐标生成系统，包括：

15、第一获取模块，用于获取布设于推车上的第一基准靶标、第二基准靶标、第三基准靶标及第四靶标在机械手基座坐标系下的三维基准坐标，其中所述第一基准靶标、所述第二基准靶标和所述第三基准靶标布设于推车靠近机械手一侧且呈非共线排列，所述第四靶标布设于推车上相对远离所述第一基准靶标、所述第二基准靶标和所述第三基准靶标的远端位置；

16、第二获取模块，用于获取推车上各预设抓取点的三维基准坐标；

17、第一生成模块，用于根据各预设抓取点的三维基准坐标与所述第一基准靶标、所述第二基准靶标和所述第三基准靶标的三维基准坐标之间的空间位置关系，生成各预设抓取点的局部坐标并存储；

18、第三获取模块，用于获取当前实际停放位姿下的所述第一基准靶标、所述第二基准靶标和所述第三基准靶标的实时三维坐标；

19、第一计算模块，用于根据所述第一基准靶标、所述第二基准靶标和所述第三基准靶标的三维基准坐标与实时三维坐标之间的映射关系，计算刚体变换矩阵；

20、第四获取模块，用于获取当前实际停放位姿下的所述第四靶标的实时三维坐标；

21、变换模块，用于利用所述刚体变换矩阵对所述第四靶标的三维基准坐标进行变换，得到所述第四靶标的理论预测坐标；

22、第二计算模块，用于根据所述第四靶标的实时三维坐标与所述理论预测坐标，计算翘曲偏差向量；

23、第三计算模块，根据所述翘曲偏差向量和所述局部坐标，计算各预设抓取点的差异化翘曲补偿量；

24、第二生成模块，根据所述刚体变换矩阵、所述局部坐标和所述差异化翘曲

25、本申请的有益效果为：

26、其一，本发明在前端三点基准靶标求解刚体变换、补偿推车整体停放平移/旋转偏差的基础上，增设远端第四靶标作为翘曲感知基准，通过对比第四靶标刚体理论点位与实际扫描点位，量化整车弹性翘曲偏差向量，将整体刚性位移、局部载荷变形两类干扰分开计算、分步修正，克服现有三点刚体算法忽略车体形变的固有缺陷，满载工况下远端试块抓取残余误差降低，完全适配小规格混凝土试块吸盘抓取容错范围。

27、其二，本发明基于推车前端加强筋变形可忽略、远端拐角变形最大的物理特性，独创双线性插值补偿模型，依据抓取点在推车承载面的二维相对位置分配专属补偿量，靠近前三基准靶标的抓取点补偿量趋近于零，远端抓取点匹配完整翘曲偏差，中间区域平滑过渡修正，区别于现有技术统一叠加固定补偿值的粗放方式，贴合钢制矩形推车均布载荷下双向线性渐变的变形场规律，全域抓取坐标修正精度均匀可控。

28、其三，本发明每一轮抓取循环完整执行一次在线补偿流程，机械手每抓取一块试块后，重新扫描四组靶标、更新翘曲偏差向量与各点位补偿量，自动适配推车载荷递减带来的横梁回弹形变，无需人工中途二次校准推车，全程自动化检测产线可连续无间断运行，可解决现有方案单次标定后无法适配动态变形的问题。

29、其四，本发明相较于加厚车架、加装支撑脚、布设多组位移传感器等硬件改良手段，本发明仅需在现有三点靶标推车新增一枚编码靶标，无需改动桁架机械手、视觉采集硬件与推车主体结构，仅通过工控软件算法迭代即可实现变形补偿，存量搭载三点刚体补偿系统的试验机仅需贴装靶标、更新控制程序即可完成改造，硬件增量成本可忽略，实验室规模化落地经济性优异。

1.基于视觉扫描的混凝土试块抓取坐标生成方法，其特征在于，包括离线建模阶段和在线补偿阶段；

2.根据权利要求1所述的基于视觉扫描的混凝土试块抓取坐标生成方法，其特征在于，所述步骤a3包括以下步骤：

3.根据权利要求1所述的基于视觉扫描的混凝土试块抓取坐标生成方法，其特征在于，所述步骤b2包括以下步骤：

4.根据权利要求1所述的基于视觉扫描的混凝土试块抓取坐标生成方法，其特征在于，所述步骤b5包括以下步骤：

5.根据权利要求1所述的基于视觉扫描的混凝土试块抓取坐标生成方法，其特征在于，所述步骤b6包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的基于视觉扫描的混凝土试块抓取坐标生成方法，其特征在于，所述步骤b61包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的基于视觉扫描的混凝土试块抓取坐标生成方法，其特征在于，在所述步骤b5之后、所述步骤b6之前，还包括以下置信度校验步骤：

8.根据权利要求7所述的基于视觉扫描的混凝土试块抓取坐标生成方法，其特征在于，所述步骤b3包括以下步骤：

9.根据权利要求1所述的基于视觉扫描的混凝土试块抓取坐标生成方法，其特征在于，在所述步骤b1之后、所述步骤b2之前，还包括以下靶标身份校验步骤：

10.一种基于视觉扫描的混凝土试块抓取坐标生成系统，其特征在于，包括：