垫板视觉定位方法、系统及垫板搬运关节机器人装置与流程

本申请涉及铁路垫板技术领域，更具体地说，涉及一种垫板视觉定位方法、系统及垫板搬运关节机器人装置。

背景技术：

垫板是铁路道岔的重要部件，它的作用是上部承载并锁定钢轨，通过岔枕螺栓与下部岔枕联结，形成道岔轨道稳定的整体结构。我国铁路道岔垫板一直采用组焊式结构，垫板为包括具有两个通孔的金属板和是在所述金属板上的焊接部件。在生产、焊接过程中组焊式结构加工用时长，加工成本高，并且垫板在焊接移运过程中是通过人工移运的，工作效率低下。若采用机器人进行搬运，那么搬运的过程中如何确定垫板位置是一个问题。

技术实现要素：

为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请的目的在于提供一种垫板视觉定位方法、系统及垫板搬运关节机器人装置，其能够解决在生产、焊接垫板的过程中若采用机器人进行搬运，那么搬运的过程中无法确定垫板位置的问题。

本申请提供了一种垫板视觉定位方法，包括：

采集垫板图片；

预处理所述垫板图片；

计算预处理后的所述垫板图片的像素平均值；

判断所述像素平均值是否大于预设阈值，得到第一判断结果，第一判断结果为是或否；

若所述第一判断结果为否，判断采集垫板图片的次数是否超过预设次数，得到第二判断结果，第二判断结果为是或否；

若第二判断结果为否，调整采集垫板图片时的曝光时间，并重新采集垫板图片；

第二判断结果为是，进行错误告警；

所述第一判断结果为是，预设算子提取图像边缘点；

基于所述图像边缘点确定所述垫板的两通孔对应的圆心；

输出所述圆心信息以完成对所述垫板的定位。

可选的，采集垫板图片包括:

通过预设的激光视觉型电磁式抓手采集垫板图片；其中，所述预设的激光视觉型电磁抓手包括有框架机构、照明机构、传感机构、用于与关节机器人末端轴相连接的连接机构和至少一个用于吸附垫板的吸合机构，所述连接机构固定连接在所述框架机构的上方，所述传感机构设置在所述框架机构和所述连接机构之间，用于采集垫板图片并发送至预设的关节机器人，所述照明机构设置在所述框架机构的两端，为所述传感机构提供光照；所述吸合机构设置在所述框架机构的下方、并能够与垫板述框架机构相对滑动，所述吸合机构包括有用于吸附垫板的电磁吸盘。

可选的，所述传感机构包括：传感器安装支架、视觉传感器、激光测距传感器；所述视觉传感器用于采集垫板图片。

可选的，所述预处理所述垫板图片包括：

提取所述垫板图片中的有效区域，并将所述有效区域定义为预处理后的垫板图片。

可选的，所述调整采集垫板图片时的曝光时间，包括：

使用上次采集垫板图片时的曝光时间乘以预设系数，得到调整后的曝光时间。

可选的，所述预设系数为：1.2、1.5或2.0。

可选的，所述预设算子包括有roberts算子、sobel算子、prewitt算子、kirsch算子、robinson算子、laplacian算子、canny算子、log算子。

可选的，所述预设阈值为70、100或150。

本申请还提供一种垫板视觉定位系统，包括有：

采集模块，用于采集垫板图片；

预处理模块，用于预处理所述垫板图片；

计算模块，用于计算预处理后的所述垫板图片的像素平均值；

第一判断模块，用于判断所述像素平均值是否大于预设阈值，得到第一判断结果，第一判断结果为是或否；

第二判断模块，用于若所述第一判断结果为否，判断采集垫板图片的次数是否超过预设次数，得到第二判断结果，第二判断结果为是或否；

调整模块，用于若第二判断结果为否，调整采集垫板图片时的曝光时间，并重新采集垫板图片；

告警模块，用于第二判断结果为是，进行错误告警；

提取模块，用于所述第一判断结果为是，预设算子提取图像边缘点；

确定模块，用于基于所述图像边缘点确定所述垫板的两通孔对应的圆心；

输出模块，用于输出所述圆心信息以完成对所述垫板的定位。

本申请还提供一种垫板搬运关节机器人装置，包括激光视觉型电磁式抓手、关节机器人、机器人行走轨道和线缆拖链；所述关节机器人设置在所述机器人行走轨道上；所述关节机器人通过所述线缆拖链连接线缆；所述激光视觉型电磁式抓手，包括有框架机构、照明机构、传感机构、用于与关节机器人末端轴相连接的连接机构和至少一个用于吸附垫板的吸合机构，所述连接机构固定连接在所述框架机构的上方，所述传感机构设置在所述框架机构和所述连接机构之间，用于采集垫板图片并发送至所述关节机器人，所述照明机构设置在所述框架机构的两端，为所述传感机构提供光照；

所述关节机器人基于采集的垫板图片抓取垫板；

其中，所述关节机器人基于采集的垫板图片抓取垫板，对所述垫板进行定位的方法为本申请提供的垫板视觉定位方法。

本申请提供的方案中,通过使用关节机器人进行垫板的移运，减少了加工时长，降低了加工成本。避免了人工搬运时工作效率低下的问题，同时基于垫板自身的结构特征，通过两个圆心的位置来确定垫板的位置，解决了机器人搬运时，无法确定垫板位置的问题。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

图1为本申请提供的实施例中垫板的垫板尺寸图；

图2为本申请的视觉定位方法实施例的流程图；

图3是根据一些示例性实施例示出的垫板搬运关节机器人装置的立体图；

图4是根据一些示例性实施例示出的激光视觉型电磁式抓手的立体图；

图5是根据一些示例性实施例示出的视觉定位系统的立体图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

首先对本发明实施例的应用场景进行说明，垫板是铁路道岔的重要部件，它的作用是上部承载并锁定钢轨，通过岔枕螺栓与下部岔枕联结，形成道岔轨道稳定的整体结构。我国铁路道岔垫板一直采用组焊式结构，参照图1，垫板为包括具有两个通孔的金属板和是在所述金属板上的焊接部件。具体的，宽度170-220mm；长度380－1457mm；厚度范围18－29mm；最大重量68kg。在生产、焊接过程中组焊式结构加工用时长，加工成本高，并且垫板在焊接移运过程中是通过人工移运的，工作效率低下。若采用机器人进行搬运，那么搬运的过程中如何确定垫板位置是一个问题。本申请针对这一问题提出了对应的解决方案。

参考图1-图5，本具体实施方式提供了一种视觉定位方法实施例的流程图，包括：

s101，采集垫板图片；

具体的，采集垫板图片包括:

通过预设的激光视觉型电磁式抓手采集垫板图片；其中，所述预设的激光视觉型电磁抓手包括有框架机构11、照明机构15、传感机构14、用于与关节机器人末端轴相连接的连接机构13和至少一个用于吸附垫板的吸合机构12，所述连接机构13固定连接在所述框架机构11的上方，所述传感机构14设置在所述框架机构11和所述连接机构13之间，用于采集垫板图片并发送至预设的关节机器人，所述照明机构15设置在所述框架机构11的两端，为所述传感机构14提供光照；所述吸合机构12设置在所述框架机构11的下方、并能够与垫板述框架机构11相对滑动，所述吸合机构12包括有用于吸附垫板的电磁吸盘。

具体的，所述传感机构14包括：传感器安装支架、视觉传感器、激光测距传感器；所述视觉传感器用于采集垫板图片。其中，视觉传感器具体可以为摄像装置。

需要说明的是，本步骤中采集图片时曝光时间可调节。

s102，预处理所述垫板图片；

所述预处理所述垫板图片包括：

提取所述垫板图片中的有效区域，并将所述有效区域定义为预处理后的垫板图片。

s103，计算预处理后的所述垫板图片的像素平均值；

s104，判断所述像素平均值是否大于预设阈值，得到第一判断结果，第一判断结果为是或否；

具体的，所述预设阈值可以但不限于为70、100或150。

s105，若所述第一判断结果为否，判断采集垫板图片的次数是否超过预设次数，得到第二判断结果，第二判断结果为是或否；

s106，若第二判断结果为否，调整采集垫板图片时的曝光时间，并重新采集垫板图片；

其中，所述调整采集垫板图片时的曝光时间，包括：

使用上次采集垫板图片时的曝光时间乘以预设系数，得到调整后的曝光时间。

具体的，所述预设系数可以但不限于为：1.2、1.5和2.0。

曝光系数可以但不限于为1.2、1.5和2.0。

需要说明的是，一般情况下，曝光时间在100微秒只1000000微秒之间，

在设定预设系数和预设次数的时候需要考虑曝光时间始终处于100微秒只1000000微秒之间。

在进行一个新的垫板的图片采集时，需要对曝光时间和采集次数进行初始化，曝光时间始终处于合适的范围之内。

s107，第二判断结果为是，进行错误告警；

说明的是进行错误告警的具体方式可以是声音报警或光学报警。即发生错误后，需要提示相关工作人员对该错误进行及时处理，以避免引起其他损失。

s108，所述第一判断结果为是，预设算子提取图像边缘点；

其中，所述预设算子包括有roberts算子、sobel算子、prewitt算子、kirsch算子、robinson算子、laplacian算子、canny算子、log算子。需要说明的是，roberts算子、sobel算子、prewitt算子、kirsch算子、robinson算子、laplacian算子、canny算子和log算子为目前已经成熟的计算图像边缘点的算子。基于这些算子可以准确的算出图像边缘点。

s109，基于所述图像边缘点确定所述垫板的两通孔对应的圆心；

具体的，确定图像边缘点之后可以轻易的确定图像边缘点中构成圆的部分，之后基于构成圆的这部分图像边缘点，确定这部分图像边缘点构成圆的圆心，即：确定两通孔对应的圆心。

s110，输出所述圆心信息以完成对所述垫板的定位。

需要说明的是，本申请提供的方案中基于垫板自身的结构特征，通过两个圆心的位置来确定垫板的位置。在进行圆心的确定的过程中，需要大量的计算。这一部分计算可以是由激光视觉型电磁式抓手执行，激光视觉型电磁式抓手确定圆心信息后，将圆心信息发送至关节机器人。这一部分计算也可以是关节机器人执行的，激光视觉型电磁式抓手采集图片后，将采集到的图片发送给关节机器人，关节机器人判断该图片是否合格。若不合格，关节机器人控制激光视觉型电磁式抓手再次采集，并且调节采集时的曝光时间，直至采集到合格的图片。关节机器人基于合格的垫板图片确定圆心信息。

本申请提供的方案中,通过使用关节机器人进行垫板的移运，减少了加工时长，降低了加工成本。避免了人工搬运时工作效率低下的问题，同时基于垫板自身的结构特征，通过两个圆心的位置来确定垫板的位置，学了机器人搬运时，无法确定垫板位置的问题。

本申请还提供一种垫板视觉定位系统，包括有：

采集模块501，用于采集垫板图片；

预处理模块502，用于预处理所述垫板图片；

计算模块503，用于计算预处理后的所述垫板图片的像素平均值；

第一判断模块504，用于判断所述像素平均值是否大于预设阈值，得到第一判断结果，第一判断结果为是或否；

第二判断模块505，用于若所述第一判断结果为否，判断采集垫板图片的次数是否超过预设次数，得到第二判断结果，第二判断结果为是或否；

调整模块506，用于若第二判断结果为否，调整采集垫板图片时的曝光时间，并重新采集垫板图片；

告警模块507，用于第二判断结果为是，进行错误告警；

提取模块508，用于所述第一判断结果为是，预设算子提取图像边缘点；

确定模块509，用于基于所述图像边缘点确定所述垫板的两通孔对应的圆心；

输出模块510，用于输出所述圆心信息以完成对所述垫板的定位。

本申请还提供一种垫板搬运关节机器人装置，包括激光视觉型电磁式抓手1、关节机器人2、机器人行走轨道3和线缆拖链4；所述关节机器人设置在所述机器人行走轨道3上；所述关节机器人2通过所述线缆拖链4连接线缆；所述激光视觉型电磁式抓手，包括有框架机构11、照明机构15、传感机构14、用于与关节机器人末端轴相连接的连接机构13和至少一个用于吸附垫板的吸合机构12，所述连接机构13固定连接在所述框架机构11的上方，所述传感机构4设置在所述框架机构11和所述连接机构13之间，用于采集垫板图片并发送至所述关节机器人，所述照明机构15设置在所述框架机构11的两端，为所述传感机构4提供光照；所述关节机器人2基于采集的垫板图片抓取垫板；其中，所述关节机器人2基于采集的垫板图片抓取垫板，对所述垫板进行定位的方法为本申请提供的垫板视觉定位方法。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列pga，现场可编程门阵列fpga等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。