一种基于2D图纸的多规格工件规划抓取方法及系统与流程

本发明涉及图纸检测领域，具体涉及一种基于2d图纸的多规格工件规划抓取方法及系统。

背景技术：

1、随着柔性自动化生产线的发展，机械臂抓取任务正从单一规格、固定路径向多规格、非结构化方向演进，工件规格呈现高度多样性与连续性；如何将2d图纸蕴含的几何语义信息高效转化为机械臂可执行的动态抓取策略，已成为实现高柔性自动化作业的关键。

2、现有自动化抓取方案通常依赖于预先建立的2d模型库或特定视觉模板，通过工业相机获取工件图像，利用计算机视觉算法识别物体类别并定位位姿，再由运动规划算法驱动机械臂执行抓取动作。该方案在单一规格、固定场景下能够实现自动化抓取。

3、上述方案在应对多规格场景时存在以下不足：1.采用单一图纸模板匹配模式，每种规格需单独建立模板库，新增规格需人工预处理图纸、提取特征并调试参数，导致换型周期长，难以适配多品种快速切换生产，且对相似轮廓、同型不同尺寸的工件区分能力差，易发生误识别，混料分拣场景可靠性低。2.仅提取图纸二维轮廓几何信息，无法关联工件重心、夹持基准等工艺信息，抓取点固定固化，抓取稳定性差。3.抓取规划多为单点固定抓取，未结合多工件分布密度、优先级、干涉关系做全局规划，多工件密集排布时易出现路径干涉、效率低下等问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中提到的问题，本发明提出一种基于2d图纸的多规格工件规划抓取方法及系统，通过获取2d图纸中各类工件信息，通过算法解析，最终在软件端实现抓取位姿规划和展示功能，并将抓取位姿发送到机械臂，最终实现精准抓取，旨在解决仅提取图纸二维轮廓几何信息，无法关联工件重心、夹持基准、壁厚、材质及抓取点固定固化，抓取不稳定等问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明提出一种基于2d图纸的多规格工件规划抓取方法，包括以下步骤：

4、s1、获取目标图纸，读取所述目标图纸中的线条信息，根据所述线条信息中端点的连接关系构建二维双向关系图；根据各个端点的出度对端点进行排序，得到排序结果；

5、根据排序结果对所述二维双向关系图进行深度遍历，每提取一条闭合曲线后，从二维双向关系图中删除该闭合曲线上出度为2的端点并继续遍历，直至遍历完成，得到闭合曲线集合；根据闭合曲线集合，按闭合曲线的包围面积从大到小的顺序，依次确定闭合曲线与已识别工件的包含关系，根据所述包含关系建立闭合曲线的层级结构，得到工件的轮廓信息；

6、s2、根据工件的轮廓信息确定工件的外接矩形，将所述外接矩形离散为网格，判断各网格是否位于工件轮廓内的标识结果，根据标识结果计算工件的重心；根据外接矩形、重心及抓取模组的模组长度确定抓取点位，并根据所述抓取点位确定工件的抓取位姿和抓取组别；

7、s3、根据重心和外接矩形确定工件位姿，根据工件位姿和接收到的下料姿态确定变换矩阵，根据所述变换矩阵对所述抓取点位进行变换，得到下料点位；

8、s4、将抓取位姿和下料点位发送至机械臂，以使所述机械臂抓取并码垛所述工件。

9、作为本发明进一步改进，在构建二维双向关系图之前，还包括：

10、对所述线条信息中的端点坐标进行排序，其中，以横坐标小的端点优先进行主排序，以纵坐标小的端点优先进行次排序，并按照排序顺序为各端点分配编号；所述二维双向关系图根据各端点的编号和连接关系构建。

11、作为本发明进一步改进，根据排序结果对所述二维双向关系图进行深度遍历，包括：

12、遍历二维双向关系图，统计每个端点的出度和相邻端点的编号，将各端点按出度从小到大排序；根据排序结果对端点进行深度遍历，直至重新遍历到已遍历的端点，将遍历路径记录为闭合曲线。

13、作为本发明进一步改进，按闭合曲线的包围面积从大到小的顺序，依次确定闭合曲线与已识别工件的包含关系，根据所述包含关系建立闭合曲线的层级结构，包括：

14、计算各个闭合曲线的最小包围盒面积，根据最小包围盒面积从大到小对闭合曲线排序；按排序顺序依次取出闭合曲线，判断取出的闭合曲线与层级结构中已有工件链的包含关系，若取出的闭合曲线被已有工件链包含，则将该闭合曲线插入该工件链中，否则将该闭合曲线作为新的工件链加入所述层级结构，直至所有闭合曲线处理完成。

15、作为本发明进一步改进，所述将所述外接矩形离散为网格，包括：

16、将工件的最小外接矩形旋转至与二维坐标轴平行，将旋转后的外接矩形离散为单位正方形网格；判断各网格是否位于工件轮廓内，若网格位于工件轮廓内，则将该网格的标识符置为1，否则置为0。

17、作为本发明进一步改进，所述离散积分计算工件的重心，包括：

18、计算工件的重心坐标，计算式如下：

19、

20、式中：表示第个离散网格的横坐标；表示第个离散网格的纵坐标；表示第个离散网格的面积，与标识符相关，标识符为1则表示网格大小，标识符为0则为0。

21、作为本发明进一步改进，根据所述外接矩形的尺寸、重心和抓取模组的模组长度确定抓取点位，包括：

22、根据所述外接矩形的尺寸和工件的形状，将工件划分为单爪抓取工件和双爪抓取工件；

23、单爪抓取工件的抓取点位为所述重心；

24、对于双爪抓取工件，沿所述外接矩形的长边方向，计算所述重心两侧的抓取长度

l和

r，若

l与

r之和大于模组长度，则交替减小

l和

r直至

l与

r之和小于模组长度，根据最终确定的

l和

r确定两个抓取点位。

25、作为本发明进一步改进，根据所述抓取点位确定工件的抓取位姿和抓取组别，包括：

26、按照工件的识别顺序遍历各单爪抓取工件，若两个单爪抓取工件的抓取位置均位于抓取模组的模组范围内，则将该两个工件标记为同时抓取的抓取组别；

27、当双爪抓取单个工件时，根据该工件的两个抓取点位确定抓取位姿，其中横坐标小的抓取点位记为第一点位，横坐标大的记为第二点位；

28、当双爪抓取两个工件时，分别根据两个工件各自的抓取点位确定抓取位姿；当单爪抓取工件时，根据所述外接矩形的宽方向确定抓取位姿。

29、作为本发明进一步改进，根据重心和外接矩形确定工件位姿，包括：

30、将所述外接矩形的中心点确定为工件位置；以外接矩形的长方向为基准，将中心点指向重心的方向确定为工件基准方向，若所述工件基准方向与所述长方向的夹角为钝角，则将所述工件基准方向取反；根据所述工件位置和所述工件基准方向确定所述工件位姿；

31、根据工件抓取位姿和下料姿态，根据下式计算变换矩阵：

32、

33、式中：表示工件抓取位姿；表示下料姿态。

34、本发明提出一种基于2d图纸的多规格工件规划抓取系统，包括：

35、获取识别模块，用于获取目标图纸，读取所述目标图纸中的线条信息，根据所述线条信息中端点的连接关系构建二维双向关系图；根据各个端点的出度对端点进行排序，得到排序结果；根据排序结果对所述二维双向关系图进行深度遍历，每提取一条闭合曲线后，从二维双向关系图中删除该闭合曲线上出度为2的端点并继续遍历，直至遍历完成，得到闭合曲线集合；根据闭合曲线集合，按闭合曲线的包围面积从大到小的顺序，依次确定闭合曲线与已识别工件的包含关系，根据所述包含关系建立闭合曲线的层级结构，得到工件的轮廓信息；

36、重心点位确定模块，用于根据工件的轮廓信息确定工件的外接矩形，将所述外接矩形离散为网格，判断各网格是否位于工件轮廓内的标识结果，根据标识结果计算工件的重心；根据外接矩形、重心及抓取模组的模组长度确定抓取点位，并根据所述抓取点位确定工件的抓取位姿和抓取组别；

37、下料点位确定模块，用于根据重心和外接矩形确定工件位姿，根据工件位姿和接收到的下料姿态确定变换矩阵，根据所述变换矩阵对所述抓取点位进行变换，得到下料点位；

38、输出模块，用于将抓取位姿和下料点位发送至机械臂，以使所述机械臂抓取并码垛所述工件。

39、本发明相对于现有技术，取得了以下的技术效果：

40、本发明通过构建二维双向关系图并结合删除出度为2的端点的迭代遍历，实现了对任意2d图纸的解析，无论工件规格如何变化，均能从线条层面自动识别闭合轮廓并建立层级关系，无需人工建立模板库或预处理图纸，仅需导入图纸即可完成工件识别，极大缩短换型周期，适配多品种快速切换生产；此外，本发明通过将外接矩形离散为网格并结合离散积分量化计算工件重心，将重心作为抓取点位确定的基准，使抓取点位根据每个工件的实际重心位置动态生成，配合抓取组别的全局规划，在保证抓取稳定性的同时通过配对分组减少机械臂往返运动次数、降低路径干涉概率，提升了单位时间内的抓取效率；最后，本发明构建工件位姿并结合下料姿态生成变换矩阵，将抓取点位映射至码垛位置，形成从图纸解析到抓取规划再到下料码垛的完整自动化闭环，且下料姿态可根据现场需求通过软件交互灵活调整，适应不同码垛场景，最终实现了从2d图纸输入到机械臂抓取码垛指令输出的全流程自动化。