CN107016667B - 一种利用双目视觉获取大型零部件三维点云的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明具体涉及一种利用双目视觉获取大型零部件三维点云的装置，包括水平导轨丝杠机构、移动底座、旋转台、机械臂及摄像***等几个部分，其中水平导轨丝杠机构一端安装有驱动电机，通过驱动电机带动丝杠旋转进而实现移动底座水平方向的运动，驱动电机利用螺栓固定在水平地面上，丝杠一端通过联轴器固定在驱动电机的旋转轴上，丝杠的另一端通过一个轴承固定在水泥台上，导轨通过螺栓固定在水平地面上，移动底座通过导轨滑块与导轨连接，移动底座与旋转台螺栓连接，旋转台与机械臂轴承连接，机械臂与摄像***通过法兰利用螺栓连接，本发明具有四个自由度，通过一个控制台统一控制，成本较低，适用于大型零部件的点云获取工作。

Description

一种利用双目视觉获取大型零部件三维点云的装置
技术领域
本发明涉及大型零件的三维点云获取，具体涉及一种利用双目视觉获取大型零部件三维点云的装置。
背景技术
在现实世界中，所有的物体都是三维的，一个客观物体都有其相对应的形状、纹理、色彩和尺寸等信息，但是传统的设备所记录的大多是二维信息，不包含相位及深度信息，被记录的物体因此就失去了立体感，不方便多角度的观察分析和研究，所以就迫切的需要能够对三维形貌进行测量的技术，三维点云数据便是一种可以用来重建三维空间信息的技术，是航空、航天、汽车、船舶、模式识别、逆向工程CAD/CAM建模、计算机视觉等众多科研领域的重要研究课题，点云数据是扫描实物的表面而获取的一系列空间坐标点的集合，它不仅包括物体表面点的三维坐标信息，还包含颜色、纹理等信息，能更加细致地呈现实物的三维细节，能对复杂曲面和三维场景进行绘制，存储方便，同时也克服了二维图像当中存在的一些缺陷。
点云数据处理技术的进一步发展，在三维城市建模、人类身体重建、机器视觉、工业CAD模型的获取、导航和自动驾驶、医学正畸手术、游戏角色的体感控制、虚拟试衣间、虚拟驾驶和电子商务等诸多领域，为研究者提供了理论基础，不仅促进了三维点云处理技术在当前学术界和工业界建模中的进一步应用，而且促进三维重建技术在更加广阔的领域内得到更好的应用，所以，对点云数据技术的研究，具有十分重要的学术意义和应用价值。
发明内容
目前，三维点云的获取方式主要有两种：接触式和非接触式，接触式方法常用的设备是三维坐标测量机，通过三维坐标测量机的探测头来获取点云数据，此类方法的优势是对被测物体反射特性和表面颜色没有特殊的要求，精度很高，缺点是价格昂贵，测量速度慢、易划伤被测表面、存在接触压力和半径补偿，不适合测量易变形、易碎、软质以及超薄形物体，使其应用受限，非接触式方法主要有以下几种：激光法、结构光法、编码光法和莫尔干涉条纹法、立体视差法等，非接触式方法的优势在于采集速度快，可测量易碎和易变形的物体，不会对待测物造成表面损伤，劣势是物体的边缘轮廓不易精确测量，且易受光照强度和待测物体颜色影响，受工作环境的影响较大，而在非接触式方法中，又是以激光法应用最多，但是基于激光的三维空间点云提取设备往往价格比较高昂，因此对基于正常日光照射情况下的三维点云提取的研究具有比较高的实用价值。
本发明的目的是为了克服现有的一些点云获取设备不足之处，提出一种利用摄像机作为扫描装置三维点云获取设备，它与现有的一些点云获取设备相比，具有更宽的扫描范围，可以有效提高对待测物扫描的工作效率，而且摄像机是可以分辨待测物表面的不同颜色，能够很好地将待测物从环境中其他干扰物中分辨出来，可以得到更加清晰的待测物体的三维轮廓，本发明将两个相同的摄像机分别固定在机械臂前端手爪上，利用两个摄像机模拟人眼，获取到待测物相同位置的两幅不同视角的图像信息，并通过计算机软件对图像信息进行点云分析提取，然后对点云数据进行拼接融合，得到待测位置在三维空间上的点云数据，随着机械臂的运动，摄像机可以对待测物体不同位置进行扫描，以便于获取到不同位置的三维点云数据，最终将这些三维点云数据进行总体的拼接融合，在计算机上形成待测物体准确的三维轮廓。
本发明的有益效果在于，本发明采用丝杠导轨机构的运动方式，此种设计可以保证设备的运动平稳性，排除了由于地面不平整对点云数据采集时的不利影响，降低了一部分误差，在本发明中，应用了一个可以水平方向旋转360度的旋转台，提高了设备在采集数据时的灵活性，另外还应用了一个可以伸缩的液压式小臂，并且此液压式小臂与下部的大臂之间同样安装有一个液压支撑杆，利用液压支撑杆可以调节小臂前端摄像机的竖直高度，利用伸缩式液压小臂可以调节摄像机水平方向的工作行程，同时，机械臂大臂还可以进行一定角度范围内的摆动，应用此种结合式的设计可以大幅提高摄像机的有效工作范围，此外，在机械臂手爪与液压式小臂连接轴处还安装有一个手爪驱动电机，通过手爪驱动电机控制手爪围绕连接轴转动，使得摄像机在获取数据时更加灵活，并且双目摄像机又可实现模拟人眼双目的功能，达到获取待测物三维轮廓的最终目的。
一种利用双目视觉获取大型零部件三维点云的装置，包括导轨一(8)、导轨二(9)及丝杠(11)构成的丝杠导轨机构，导轨一(8)、导轨二(9)分别利用嵌入导轨内部的螺栓固定在水平地面上，丝杠(11)一端利用联轴器与驱动电机二(10)连接，丝杠(11)另一端利用轴承固定在水泥凸台上，导轨一(8)与导轨滑块一(12)、导轨滑块二(13)组成的导轨滑块机构，导轨二(9)与导轨滑块三(14)、导轨滑块四(15)组成的导轨滑块机构，移动基座底板(1)与各个滑块之间螺栓连接，驱动电机一(7)与基座底板(1)螺栓连接，各个基座支柱与基座底板(1)、基座顶板(2)螺栓连接,旋转台(16)与基座顶板(2)螺栓连接，Y形支架(17)与驱动电机一(7)联轴器连接，驱动电机三(18)、驱动电机四(19)与Y形支架(17)螺栓连接，端盖一(20)、端盖二(21)与Y形支架(17)螺栓连接，机械臂大臂(22)与Y形支架(17)轴承连接，可伸缩机械臂小臂(24)与大臂(22)通过一根可旋转的轴连接，液压支撑杆(23)分别与大臂(22)、小臂(24)轴连接，末端手爪(25)与小臂(24)轴连接，手爪控制电机(27)与小臂(24)螺栓连接，手爪控制电机(27)与末端手爪(25)通过联轴器连接，摄像***(26)与末端手爪(25)法兰连接。
所述一种利用双目视觉获取大型零部件三维点云的装置，其特征在于：基座底板(1)与丝杠(11)螺纹啮合连接，导轨一(8)、导轨二(9)分别利用嵌入导轨内部的螺栓固定在水平地面上，丝杠(11)一端利用联轴器与驱动电机二(10)连接，丝杠(11)另一端利用轴承固定在水泥凸台上，导轨一(8)与导轨滑块一(12)、导轨滑块二(13)组成的导轨滑块机构，导轨二(9)与导轨滑块三(14)、导轨滑块四(15)组成的导轨滑块机构，通过驱动电机二(10)带动丝杠(11)旋转，使移动基座获得水平移动能力，利用这种设计可以大幅增加点云获取时的有效行程，减少点云获取时反复移动待测物的弊端，可以有效减少由于移动待测物所带来的人为误差。
所述一种利用双目视觉获取大型零部件三维点云的装置，其特征在于：驱动电机一(7)与Y形支架(17)通过联轴器连接，使得机械臂***整体获得一个水平旋转的自由度，驱动电机三(18)、驱动电机四(19)与Y形支架(17)螺栓连接，驱动电机三(18)、驱动电机四(19)通过齿轮同步控制机械臂大臂(22)的前后摆动，端盖一(20)、端盖二(21)与Y形支架(17)螺栓连接，机械臂大臂(22)与Y形支架(17)轴承连接，可伸缩机械臂小臂(24)与大臂(22)通过一根可旋转的轴连接，液压支撑杆(23)分别与大臂(22)、小臂(24)轴连接，末端手爪(25)与小臂(24)轴连接，手爪控制电机(27)与小臂(24)螺栓连接，整套装置共有4个自由度，与市场上常用的激光扫描仪相比，其优势在于结构简单，控制方便，价格低廉。
附图说明：
图1是本发明一种利用双目视觉获取大型零部件三维点云的装置基座与导轨安装示意图；
图2是本发明一种利用双目视觉获取大型零部件三维点云的装置滑块安装示意图；
图3是本发明一种利用双目视觉获取大型零部件三维点云的装置整体安装示意图。
图4是本发明一种利用双目视觉获取大型零部件三维点云的装置摘要附图。

Claims (3)

1.一种利用双目视觉获取大型零部件三维点云的装置，包括丝杠导轨机构，移动底座，机械臂及摄像***组成，其特征在于：导轨一(8)、导轨二(9)及丝杠(11)构成丝杠导轨机构，导轨一(8)、导轨二(9)分别利用嵌入导轨内部的螺栓固定在水平地面上，丝杠(11)一端利用联轴器与驱动电机二(10)连接，丝杠(11)另一端利用轴承固定在水泥凸台上，导轨一(8)与导轨滑块一(12)、导轨滑块二(13)组成导轨滑块机构，导轨二(9)与导轨滑块三(14)、导轨滑块四(15)组成导轨滑块机构，移动基座底板(1)与各个滑块之间螺栓连接，驱动电机一(7)与基座底板(1)螺栓连接，各个基座支柱与基座底板(1)、基座顶板(2)螺栓连接,旋转台(16)与基座顶板(2)螺栓连接，Y形支架(17)与驱动电机一(7)联轴器连接，驱动电机三(18)、驱动电机四(19)与Y形支架(17)螺栓连接，端盖一(20)、端盖二(21)与Y形支架(17)螺栓连接，机械臂大臂(22)与Y形支架(17)轴承连接，可伸缩机械臂小臂(24)与大臂(22)通过一根可旋转的轴连接，液压支撑杆(23)分别与大臂(22)、小臂(24)轴连接，末端手爪(25)与小臂(24)轴连接，手爪控制电机(27)与小臂(24)螺栓连接，手爪控制电机(27)与末端手爪(25)通过联轴器连接，摄像***(26)与末端手爪(25)法兰连接。
2.根据权利要求1所述一种利用双目视觉获取大型零部件三维点云的装置，其特征在于：基座底板(1)与丝杠(11)螺纹啮合连接，导轨一(8)、导轨二(9)分别利用嵌入导轨内部的螺栓固定在水平地面上，丝杠(11)一端利用联轴器与驱动电机二(10)连接，丝杠(11)另一端利用轴承固定在水泥凸台上，导轨一(8)与导轨滑块一(12)、导轨滑块二(13)组成导轨滑块机构，导轨二(9)与导轨滑块三(14)、导轨滑块四(15)组成导轨滑块机构，通过驱动电机二(10)带动丝杠(11)旋转，使移动基座获得水平移动能力。
3.根据权利要求1所述一种利用双目视觉获取大型零部件三维点云的装置，其特征在于：驱动电机一(7)与Y形支架(17)通过联轴器连接，使得机械臂***整体获得一个水平旋转的自由度，驱动电机三(18)、驱动电机四(19)与Y形支架(17)螺栓连接，驱动电机三(18)、驱动电机四(19)通过齿轮同步控制机械臂大臂(22)的前后摆动，端盖一(20)、端盖二(21)与Y形支架(17)螺栓连接，机械臂大臂(22)与Y形支架(17)轴承连接，可伸缩机械臂小臂(24)与大臂(22)通过一根可旋转的轴连接，液压支撑杆(23)分别与大臂(22)、小臂(24)轴连接，末端手爪(25)与小臂(24)轴连接，手爪控制电机(27)与小臂(24)螺栓连接，整套装置共有4个自由度。
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