CN112964196A - 三维扫描方法、***、电子装置和计算机设备 - Google Patents

三维扫描方法、***、电子装置和计算机设备 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种三维扫描方法、***、电子装置和计算机设备，通过控制可移动装置搭载机器人和扫描仪进行移动，当搭载机器人的可移动装置移动至目标扫描区域时，获取扫描头坐标系下的点云数据，根据扫描头与跟踪头的相对位姿，将被扫描物体表面的点云数据转化到全局坐标系下，得到目标扫描区域内被扫描物体在全局坐标系下的点云数据，从而完成对被扫描物体的扫描和数据拼接，解决了三维扫描过程中存在的扫描范围受限以及拼接精度低的问题。

Description

三维扫描方法、***、电子装置和计算机设备
技术领域
本申请涉及机器人的三维扫描技术领域，特别是涉及一种三维扫描方法、***、电子装置和计算机设备。
背景技术
在搭载扫描仪对工件进行扫描时，机器人由于自身工作空间和奇异姿态的限制，在工件尺寸超过机器人的扫描范围的情况下，难以满足扫描工作的要求，目前，可以通过引入外部轴的方式来实现对该类工件的扫描，但在这种方式下，机器人的运动范围受到导轨长度限制，仍然存在扫描范围受限的问题，且机器人搭配导轨对工件的扫描数据的拼接精度较低。
针对目前三维扫描过程中存在的扫描范围受限以及拼接精度低的问题，尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本申请实施例提供了一种三维扫描方法、***、电子装置和计算机设备，以至少解决相关技术中三维扫描过程中存在的扫描范围受限以及拼接精度低的问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种三维扫描方法，用于三维扫描***，所述三维扫描***包括扫描仪、机器人和可移动装置，所述扫描仪包括扫描头和跟踪头，所述扫描头搭载于所述机器人的末端，所述机器人安装在所述可移动装置上，所述方法包括以下步骤：
在搭载所述机器人的可移动装置移动至目标扫描区域时，获取所述目标扫描区域内，被扫描物体表面在所述扫描头坐标系下的点云数据；
根据所述扫描头与所述跟踪头的相对位姿，将所述被扫描物体表面在所述扫描头坐标系下的点云数据转化到所述三维扫描***的全局坐标系下，得到所述目标扫描区域内的所述被扫描物体表面在所述全局坐标系下的点云数据。
在其中一些实施例中，所述跟踪头安装在搭载所述机器人的所述可移动装置上，其中，所述跟踪头、所述机器人以及所述可移动装置的数量为至少一个。
在其中一些实施例中，所述可移动装置有多个，其中至少有一个所述可移动装置上搭载有所述机器人，其余未搭载所述机器人的所述可移动装置中，至少有一个所述可移动装置上安装有所述跟踪头。
在其中一些实施例中，所述根据所述扫描头与所述跟踪头的相对位姿，将所述被扫描物体表面在所述扫描头坐标系下的点云数据，转化到所述三维扫描***的全局坐标系下，包括以下步骤：
根据所述扫描头与所述跟踪头的相对位姿，将所述被扫描物体表面在扫描头坐标系下的点云数据转化到所述跟踪头坐标系下；
计算所述跟踪头与所述全局坐标系的相对位姿，并根据所述跟踪头与所述全局坐标系的相对位姿，将所述被扫描物体表面在所述跟踪头坐标系下的点云数据，转化到所述全局坐标系下。
在其中一些实施例中，所述三维扫描***包括全局跟踪装置，所述计算所述跟踪头与所述全局坐标系的相对位姿，并根据所述跟踪头与所述全局坐标系的相对位姿，将所述被扫描物体表面在所述跟踪头坐标系下的点云数据，转化到所述全局坐标系下，包括以下步骤：
获取所述跟踪头与所述跟踪头上的识别符的相对位姿；
获取所述识别符在所述全局跟踪装置的全局坐标系下的位姿；
根据所述跟踪头与所述识别符的相对位姿、所述识别符在所述全局坐标系下的位姿，将所述被扫描物体表面在所述跟踪头坐标系下的点云数据，转化到所述全局坐标系下。
在其中一些实施例中，所述三维扫描***包括工业相机，所述计算所述跟踪头与所述全局坐标系的相对位姿，并根据所述跟踪头与所述全局坐标系的相对位姿，将所述被扫描物体表面在所述跟踪头坐标系下的点云数据，转化到所述全局坐标系下，还包括以下步骤：
通过所述工业相机，获取所述目标扫描区域内，所述全局坐标系下的全部标记点数据；
获取所述目标扫描区域内，所述跟踪头坐标系下的部分标记点数据；
将所述全局坐标系下的全部标记点数据和所述跟踪头坐标系下的部分标记点数据进行比对，计算得到所述跟踪头在所述全局坐标系下的相对位姿。
在其中一些实施例中，所述跟踪头相对于所述被扫描物体固定不动，所述跟踪头坐标系为所述全局坐标系。
在其中一些实施例中，在完成将所述目标扫描区域内，所述被扫描物体表面的点云数据转化至所述全局坐标系下后，控制所述可移动装置运动至下一个扫描区域内，并将所述下一个扫描区域作为所述目标扫描区域。
在其中一些实施例中，所述可移动装置为AGV小车，所述AGV小车按照预设的移动路径进行移动。
第二方面，本申请实施例提供了一种三维扫描***，包括扫描仪、机器人和可移动装置，所述扫描仪包括扫描头和跟踪头，所述扫描头搭载于所述机器人的末端，所述机器人安装在所述可移动装置上，所述可移动装置上包含有运动控制模块和数据采集处理模块，所述运动控制模块通过网络控制所述机器人和所述可移动装置的运动；
所述扫描头跟随所述机器人的运动而进行扫描，用于在搭载所述机器人的可移动装置移动至目标扫描区域时，获取所述目标扫描区域内，被扫描物体表面在所述扫描头坐标系下的点云数据；
所述跟踪头用于跟踪所述扫描头的位姿；
所述数据采集处理模块用于计算跟踪头和扫描头的相对位姿，并根据所述相对位姿将所述被扫描物体表面在所述扫描头坐标系下的点云数据，转化到所述三维扫描***的全局坐标系下，得到所述目标扫描区域内的所述被扫描物体表面在所述全局坐标系下的点云数据。
第三方面，本申请实施例提供了一种电子装置，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现如上述第一方面的三维扫描方法。
第四方面，本申请实施例提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现如上述第一方面的三维扫描方法。
上述三维扫描方法、***、电子装置和计算机设备，通过控制可移动装置搭载机器人和扫描仪进行移动，当搭载机器人的可移动装置移动至目标扫描区域时，获取扫描头坐标系下的点云数据，根据扫描头与跟踪头的相对位姿，将被扫描物体表面的点云数据转化到全局坐标系下，得到目标扫描区域内被扫描物体在全局坐标系下的点云数据，从而完成对被扫描物体的扫描和数据拼接，解决了三维扫描过程中存在的扫描范围受限以及拼接精度低的问题。
本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明实施例的三维扫描方法的应用环境图一；
图2是根据本发明实施例的三维扫描方法的应用环境图二；
图3是根据本发明实施例的三维扫描方法的应用环境图三；
图4是根据本发明实施例的三维扫描方法的流程图；
图5是根据本发明实施例的电子装置的结构示意图；
图6是根据本发明实施例的计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本申请公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本申请揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本申请公开的内容不充分。
在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。
除非另作定义，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应当为本申请所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本申请所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块(单元)的过程、方法、***、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本申请所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本申请所涉及的“多个”是指大于或者等于两个。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。本申请所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。
图1为本申请提供的一实施例中三维扫描方法的应用环境图一。如图1所示，在该应用环境中，扫描仪包括扫描头101和跟踪头102两部分，其中扫描头101安装在机器人103的末端，跟踪头102和机器人103安装在同一个可移动装置104上，随着可移动装置104的移动而移动，当可移动装置104移动到某个目标扫描区域时，机器人103的末端夹持扫描头101对被扫描物体106进行扫描，全局跟踪装置105固定安装，用于对跟踪头102进行捕获。其中，扫描头101和跟踪头102可以分别为一种跟踪式扫描仪的扫描头和跟踪仪，机器人103具体可以是一种工业机械臂，可移动装置104可以是一种具备全向行驶功能的AGV(AutomatedGuided Vehicle)小车，全局跟踪装置105可以是一种激光跟踪仪。
可以对扫描头、跟踪头和机器人进行分组形成扫描组合，一个扫描组合中可以包含一个或多个扫描头、跟踪头、机器人，并为每个扫描组合都分配一台可移动装置上，安排多台可移动装置搭载扫描组合进行扫描，全局跟踪装置对这多台扫描组合的跟踪头进行跟踪。
图2为本申请提供的一实施例中三维扫描方法的应用环境图二，如图2所示，在该应用环境中，还包括另一可移动装置107，扫描仪包括扫描头101和跟踪头102两部分，其中扫描头101安装在机器人103的末端，机器人103安装在可移动装置104上，跟踪头102安装在未搭载机器人103的另一可移动装置107上，当可移动装置104移动到某个目标扫描区域时，机器人103的末端夹持扫描头101对被扫描物体106进行扫描，全局跟踪装置105固定安装，用于对跟踪头102进行捕获，跟踪头102通过捕捉扫描头101上的标记点，计算扫描头101与跟踪头102之间的相对位姿。
图3为本申请提供的一实施例中三维扫描方法的应用环境图三，如图3所示，在该应用环境中，扫描仪包括扫描头101和跟踪头102两部分，其中扫描头101安装在机器人103的末端，机器人103安装在可移动装置104上，跟随可移动装置104的移动而移动，当可移动装置104移动到某个目标扫描区域时，机器人103的末端夹持扫描头101对被扫描物体106进行扫描，跟踪头102相对被扫描物体106固定不动，跟踪头102的坐标系为全局坐标系。
本实施例提供了一种三维扫描方法，如图4所示，包括如下步骤：
步骤S201，在搭载机器人的可移动装置移动至目标扫描区域时，获取目标扫描区域内，被扫描物体表面在扫描头坐标系下的点云数据。
具体地，可移动装置可以是一种具有全向移动功能，并能通过运动指令控制的智能移动设备，如AGV小车。当AGV小车移动到指定的目标扫描区域时，其上所搭载的机器人能够夹持扫描仪的扫描头在扫描范围内运动，对该目标扫描区域内的被扫描物体表面进行扫描，获取被扫描物体表面在扫描头坐标系下的点云数据。其中，被扫描物体表面既可以是目标扫描区域内，被扫描物体能被扫描头在固定的扫描范围内扫描到的局部表面，也可以该目标扫描区域内，一个或多个被扫描物体的全部表面。目标扫描区域可以为根据被扫描物体的特性、扫描仪的固有属性以及可移动装置的运动特性等预先指定的扫描区域。
在被扫描物体的尺寸超过了扫描仪的扫描范围的情况下，需要将被扫描物体所在的整体扫描区域划分为多个扫描区域，目标扫描区域可以是该整体扫描区域中的任一个扫描区域。
进一步地，可以通过AGV小车上的控制装置中的运动控制模块，对AGV小车以及AGV小车上搭载的机器人的控制器发送指令，以控制AGV小车和机器人的移动，其中该运动控制模块通过网络与AGV小车或者机器人的控制器进行信号连接。当AGV小车到达目标扫描区域后，保持AGV小车固定不动，控制AGV小车上的机器人夹持扫描头对被扫描物体表面进行扫描，这种通过AGV小车搭配机器人移动来进行扫描的方式，能够扩大机器人的工作范围。
步骤S202，根据扫描头与跟踪头的相对位姿，将被扫描物体表面在扫描头坐标系下的点云数据，转化到三维扫描***的全局坐标系下，得到目标扫描区域内的被扫描物体表面在全局坐标系下的点云数据。
扫描仪包含跟踪头和扫描头两种装置，扫描头能够对被扫描物体表面进行扫描以获取被扫描物体表面在扫描头坐标系下的点云数据，而跟踪头能够在可视范围内进行拍照，通过捕捉扫描头上的标记点来实时计算出扫描头与跟踪头的相对位姿。机器人具体可以是一种工业机械臂，当机械臂带动扫描头获取到目标扫描范围内被扫描物体表面的点云数据后，能够根据计算出的扫描头与跟踪头的相对位姿，将目标扫描范围内扫描头坐标系下被扫描物体表面的点云数据，转化到全局坐标系下。
进一步地，由于受到扫描范围限制，在固定的目标扫描区域内，不一定能够完整地获得被扫描物体的表面数据，而只能获得该目标扫描区域内，被扫描物体的部分的被扫描物体表面在局部坐标系下的表面数据，也即该目标扫描区域内，扫描头坐标系下被扫描物体表面的点云数据。而为了统一不同扫描区域下所获得的点云数据的坐标系，需要指定一个全局坐标系，并将该目标扫描区域内，扫描头坐标系下的点云数据，转化到统一的全局坐标系下。
其中，全局坐标系是以被扫描物体为基准，相对该被扫描物体固定不动的某种装置的参考坐标系，可以是由三维扫描***中某种全局跟踪装置，如激光跟踪仪来确定，也可以是通过在整体被扫描的区域内粘贴标记点，并获得这些全局标记点的坐标来确定，还可以是使跟踪头相对被扫描物体固定不动，将该跟踪头的坐标系作为全局坐标系。当确定了全局坐标系后，通过扫描头与跟踪头的相对位姿，就能将该目标扫描区域内，扫描头坐标系下，被扫描物体表面的点云数据转到全局坐标系下。这种确定统一的全局坐标系的方式能够提高对被扫描物体表面的数据的拼接精度。
上述步骤，通过控制可移动装置搭载机器人和扫描仪进行移动，当搭载机器人的可移动装置移动至目标扫描区域时，获取扫描头坐标系下的点云数据，根据扫描头与跟踪头的相对位姿，将被扫描物体表面的点云数据转化到全局坐标系下，得到目标扫描区域内被扫描物体在全局坐标系下的点云数据，从而完成对被扫描物体的扫描和数据拼接，解决了三维扫描过程中存在的扫描范围受限以及拼接精度低的问题。
进一步地，在一个实施例中，基于上述步骤S201至S202，跟踪头安装在搭载机器人的可移动装置上，其中，跟踪头、机器人以及可移动装置的数量为至少一个。
另外地，在一个实施例中，基于上述步骤S201至S202，可移动装置有多个，其中至少有一个可移动装置上搭载有机器人，其余未搭载机器人的可移动装置中，至少有一个可移动装置上安装有跟踪头。
在整体扫描区域中，可以将机器人和跟踪头安装在不同的可移动装置上，也即，扫描仪的扫描头和跟踪头可以分别安装于不同的可移动装置上，其中，搭载机器人的可移动装置和安装有跟踪头的可移动装置均可以有多个。
其中，当跟踪头安装在搭载机器人的可移动装置上，或跟踪头安装在其余未搭载机器人的可移动装置上时，根据扫描头与跟踪头的相对位姿，将被扫描物体表面在扫描头坐标系下的点云数据，转化到三维扫描***的全局坐标系下，包括以下步骤：
步骤S301，根据扫描头与跟踪头的相对位姿，将被扫描物体表面在扫描头坐标系下的点云数据转化到跟踪头坐标系下。
步骤S302，计算跟踪头与全局坐标系的相对位姿，并根据跟踪头与全局坐标系的相对位姿，将被扫描物体表面在跟踪头坐标系下的点云数据，转化到全局坐标系下。
由于跟踪头是跟随可移动装置进行移动的，因此跟踪头坐标系相对被扫描物体而言依然是一种局部坐标系，可以在上述步骤S301得到被扫描物体表面在跟踪头坐标系下的点云数据后，通过跟踪头与全局坐标系的相对位姿，得到目标扫描区域内，被扫描物体表面在全局坐标系下的点云数据。
全局跟踪装置具体可以是能对扫描仪的位置进行跟踪捕获的装置，如激光跟踪仪，激光跟踪仪固定于某一位置，并不随可移动装置的移动而改变位置，因此可以将该激光跟踪仪的参考坐标系作为整个扫描过程的全局坐标系。
另外，可以在上述控制装置中安装数据采集和处理模块，该数据采集和处理模块通过网络和/或蓝牙接收跟踪头坐标系下被扫描物体表面的点云数据、计算跟踪头与坐标系的相对位姿，并将被扫描物体表面的点云数据转化到全局坐标系下。
更进一步地，三维扫描***包括全局跟踪装置，基于上述步骤S303，计算跟踪头与全局坐标系的相对位姿，并根据跟踪头与全局坐标系的相对位姿，将被扫描物体表面在跟踪头坐标系下的点云数据，转化到全局坐标系下，包括以下步骤：
步骤S401，获取跟踪头与跟踪头上的识别符的相对位姿。
扫描仪的跟踪头上可以安装识别符，该识别符与跟踪头的相对位置固定不变，可以通过标定的方式确定识别符与跟踪头的相对位姿关系，其中，识别符具体可以是一种激光靶球。
具体地，可以通过在目标扫描区域中设置固定位置的标定板，在该标定板上粘贴一系列标记点，其中标定板也可以用目标扫描区域中的地面或墙面代替。在跟踪头随着可移动装置的移动过程中，获取至少两组跟踪头在不同位置下，识别符与固定位置的全局跟踪装置的相对位姿、跟踪头与标定板的相对位姿，最后根据识别符与固定位置的全局跟踪装置的相对位姿、跟踪头与标定板的相对位姿以及已知的标定板与全局跟踪装置的相对位姿，求解出识别符与跟踪头的相对位姿。
步骤S402，获取识别符在全局跟踪装置的全局坐标系下的位姿。
由于识别符能够被全局跟踪装置捕捉，因此能够在识别符随可移动装置的移动中，实时获取到该识别符与全局跟踪装置的相对位姿。
步骤S403，根据跟踪头与识别符的相对位姿、识别符在全局坐标系下的位姿，将被扫描物体表面在跟踪头坐标系下的点云数据，转化到全局坐标系下。
在空间内，两种坐标系之间的转化可以根据两种坐标系之间的相对位姿来确定，因此在得到跟踪头与识别符的相对位姿以及识别符在全局跟踪装置的参考坐标系下的位姿后，能够间接地计算出跟踪头与该参考坐标系的相对位姿，从而能够实现将被扫描物体表面在跟踪头坐标系下的点云数据，转化到全局跟踪装置的参考坐标系下。
另外地，在一个实施例中，三维扫描***包括工业相机，计算跟踪头与全局坐标系的相对位姿，并根据跟踪头与全局坐标系的相对位姿，将被扫描物体表面在跟踪头坐标系下的点云数据，转化到全局坐标系下，包括以下步骤：
步骤S501，通过工业相机，获取目标扫描区域内，全局坐标系下的全部标记点数据。
在本实施中，通过在被扫描物体及其周围粘贴标记点，并获取整体扫描区域内的全部标记点数据的方式来确定全局坐标系。具体可以是使用摄影测量设备，如工业相机，来获取全局坐标下全部标记点的三维坐标及方向。
步骤S502，获取目标扫描区域内，跟踪头坐标系下的部分标记点数据。
由于上述标记点能够用于标定跟踪头与全局坐标系之间的相对位姿，因此跟踪头在获取跟踪头与扫描头的相对位姿的同时，还获取目标扫描区域内，部分上述标记点在跟踪头坐标系下的标记点数据，具体可以是部分标记点在跟踪头坐标系下的三维坐标及方向。
步骤S503，将全局坐标系下的全部标记点数据和跟踪头坐标系下的部分标记点数据进行比对，计算得到跟踪头在全局坐标系下的相对位姿。
由于跟踪头坐标系下的部分标记点数据表达的是该目标扫描区域内的标记点在跟踪头坐标系下的三维位置关系，而该目标扫描区域内的部分标记点在全局坐标系下的坐标及方向已经能够通过上述步骤S501获得，因此将跟踪头坐标系下的部分标记点与全局坐标系下的全部标记点进行比对，能够确定全局坐标系与跟踪头的相对位姿。
具体地，在获取全局坐标系下的全部标记点数据的同时，还获得全部标记点之间的相对位置关系，同样地，在获取跟踪头坐标系下的部分标记点数据的同时，还获得跟踪头坐标系下的部分标记点之间的相对位置关系，通过跟踪头坐标系下，部分标记点之间的相对位置关系以及部分标记点的坐标及方向，在全局坐标系下的全部标记点中进行对应标记点的匹配，以得到该部分标记点在全局坐标系下的位姿。
举例来说，全局坐标系下的全部标记点的集合为A(x1,x2,x3,...,xn)，跟踪头坐标系下的部分标记点为B(x1,x2,x3)，集合B为集合A的一部分，但集合B中标记点所属的坐标系与集合A中标记点所属的坐标系不同。将集合B中的标记点的坐标、方向以及各标记点之间的相对位置关系，与集合A中的标记点的坐标、方向以及各标记点之间的相对位置关系进行匹配，从而得到该集合B中的标记点在全局坐标系下的位姿。
最后，根据部分标记点数据在全局坐标系下的位姿，和跟踪头坐标系下的部分标记点数据，计算跟踪头在全局坐标系下的位姿。
在一个实施例中，基于上述步骤S201至S202，跟踪头相对于被扫描物体固定不动，跟踪头坐标系为全局坐标系。
具体地，跟踪头可以是被固定在整体扫描区域内，相对被扫描物体保持不动，可移动装置搭载机器人根据预先设置的移动路径进行移动，这种情况下，能够将跟踪头坐标系作为全局坐标系，通过跟踪头与扫描头的相对位姿，直接将被扫描物体表面在扫描头坐标系下的点云数据，转化到全局坐标系下，从而完成对被扫描物体在全局坐标系下点云数据的拼接。
在一个实施例中，在完成将目标扫描区域内，被扫描物体表面的点云数据转化至全局坐标系下后，控制可移动装置运动至下一个扫描区域内，并将下一个扫描区域作为目标扫描区域。
当完成该目标扫描区域内，被扫描物体表面的点云数据在全局坐标系下的转化后，能够实现被扫描物体在该目标扫描区域内的局部表面的点云数据，也即被扫描物体表面的点云数据的扫描和全局坐标系下的拼接，还需要控制可移动装置运动至下一个扫描区域内，将下一个扫描区域作为目标扫描区域，重复上述步骤S201至S502，直至完成对整个被扫描物体的扫描和拼接，从而能够得到整个被扫描物体或者整体扫描区域内所有被扫描物体在统一的全局坐标系下的表面数据。
在一个实施例中，可移动装置为AGV小车，该AGV小车按照预设的移动路径进行移动。其中，预设的移动路径可以是根据被扫描物体的尺寸、AGV小车的固有属性以及扫描仪的扫描范围等参数确定。
上述步骤，通过控制可移动装置搭载机器人和扫描仪进行移动，当可移动装置移动至目标扫描区域时，获取扫描头坐标系下的点云数据，能够扩大机器人搭载扫描仪进行扫描的扫描范围，从而解决了机器人扫描过程中，扫描范围受限的问题。当跟踪头被安装在可移动装置上时，根据扫描头与跟踪头的相对位姿，得到跟踪头坐标系下，目标扫描区域内被扫描物体的点云数据，之后再通过确定全局坐标系，计算跟踪头与三维扫描***的全局坐标系的相对位姿，得到目标扫描区域内被扫描物体在全局坐标系下的点云数据，当跟踪头相对被扫描物体固定不动时，直接将跟踪头坐标系作为全局坐标系，完成被扫描物体的点云数据在全局坐标系下的转化，在完成目标扫描区域内的扫描和拼接后，继续对其他扫描区域内的被扫描物体表面进行扫描和数据拼接，直到完成对被扫描物体的扫描和数据拼接，从而避免了因拼接误差的累计而造成的拼接精度低的问题。
在一个实施例中，提供了一种三维扫描***，包括扫描仪、机器人和可移动装置，扫描仪包括扫描头和跟踪头，扫描头搭载于机器人的末端，机器人安装在可移动装置上，可移动装置上包含有运动控制模块和数据采集处理模块，运动控制模块通过网络控制机器人和可移动装置的运动；
扫描头跟随机器人的运动而进行扫描，用于在搭载机器人的可移动装置移动至目标扫描区域时，获取目标扫描区域内，被扫描物体表面在扫描头坐标系下的点云数据；
跟踪头用于跟踪扫描头的位姿；
数据采集处理模块用于计算跟踪头与扫描头的相对位姿，并根据相对位姿将被扫描物体表面在扫描头坐标系下的点云数据，转化到三维扫描***的全局坐标系下，得到目标扫描区域内的被扫描物体表面在全局坐标系下的点云数据。
上述三维扫描***，通过控制可移动装置搭载机器人和扫描仪进行移动，当搭载机器人的可移动装置移动至目标扫描区域时，获取扫描头坐标系下的点云数据，根据扫描头与跟踪头的相对位姿将被扫描物体表面的点云数据转化到全局坐标系下，得到目标扫描区域内被扫描物体在全局坐标系下的点云数据，从而完成对被扫描物体的扫描和数据拼接，解决了三维扫描过程中存在的扫描范围受限以及拼接精度低的问题。
关于三维扫描***的实施例的具体限定可以参见上文中对于三维扫描方法的限定，在此不再赘述。上述三维扫描***中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，如图5所示，提供了一种电子装置，包括存储器和处理器。存储器中存储有计算机程序，该电子装置的处理器用于提供计算和控制能力。该电子装置的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作***、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作***和计算机程序的运行提供环境。
可选地，上述电子装置还可以包括传输设备以及输入输出设备，其中，该传输设备和上述处理器连接，该输入输出设备和上述处理器连接。
可选地，在本实施例中，上述处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
在搭载机器人的可移动装置移动至目标扫描区域时，获取目标扫描区域内，被扫描物体表面在扫描头坐标系下的点云数据；
根据扫描头与跟踪头的相对位姿，将被扫描物体表面在扫描头坐标系下的点云数据，转化到三维扫描***的全局坐标系下，得到目标扫描区域内的被扫描物体表面在全局坐标系下的点云数据。
在一个实施例中，跟踪头安装在搭载机器人的可移动装置上，其中，跟踪头、机器人以及可移动装置的数量为至少一个。
在一个实施例中，可移动装置有多个，其中至少有一个可移动装置上搭载有机器人，其余未搭载机器人的可移动装置中，至少有一个可移动装置上安装有跟踪头。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
根据扫描头与跟踪头的相对位姿，将被扫描物体表面在扫描头坐标系下的点云数据转化到跟踪头坐标系下；
计算跟踪头与全局坐标系的相对位姿，并根据跟踪头与全局坐标系的相对位姿，将被扫描物体表面在跟踪头坐标系下的点云数据，转化到全局坐标系下。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
获取跟踪头与跟踪头上的识别符的相对位姿；
获取识别符在全局跟踪装置的全局坐标系下的位姿；
根据跟踪头与识别符的相对位姿、识别符在全局坐标系下的位姿，将被扫描物体表面在跟踪头坐标系下的点云数据，转化到全局坐标系下。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
通过工业相机，获取目标扫描区域内，全局坐标系下的全部标记点数据；
获取目标扫描区域内，跟踪头坐标系下的部分标记点数据；
将全局坐标系下的全部标记点数据和跟踪头坐标系下的部分标记点数据进行比对，计算得到跟踪头在全局坐标系下的相对位姿。
在一个实施例中，跟踪头相对于被扫描物体固定不动，跟踪头坐标系为全局坐标系。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
在完成将目标扫描区域内，被扫描物体表面的点云数据转化至全局坐标系下后，控制可移动装置运动至下一个扫描区域内，并将下一个扫描区域作为目标扫描区域。
在一个实施例中，可移动装置为AGV小车，AGV小车按照预设的移动路径进行移动。
需要说明的是，本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构图可以如图6所示。该计算机设备包括通过***总线连接的处理器、存储器、网络接口和数据库。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作***、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作***和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储预设配置信息集合。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现上述三维扫描方法。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端。该计算机设备包括通过***总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作***和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作***和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种三维扫描方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解，图6中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，上述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.一种三维扫描方法，用于三维扫描***，其特征在于，所述三维扫描***包括扫描仪、机器人和可移动装置，所述扫描仪包括扫描头和跟踪头，所述扫描头搭载于所述机器人的末端，所述机器人安装在所述可移动装置上，所述方法包括：
在搭载所述机器人的可移动装置移动至目标扫描区域时，获取所述目标扫描区域内，被扫描物体表面在扫描头坐标系下的点云数据；
根据所述扫描头与所述跟踪头的相对位姿，将所述被扫描物体表面在所述扫描头坐标系下的点云数据，转化到所述三维扫描***的全局坐标系下，得到所述目标扫描区域内的所述被扫描物体表面在所述全局坐标系下的点云数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述跟踪头安装在搭载所述机器人的所述可移动装置上，其中，所述跟踪头、所述机器人以及所述可移动装置的数量为至少一个。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述可移动装置有多个，其中至少有一个所述可移动装置上搭载有所述机器人，其余未搭载所述机器人的所述可移动装置中，至少有一个所述可移动装置上安装有所述跟踪头。
4.根据权利要求2或3任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述扫描头与所述跟踪头的相对位姿，将所述被扫描物体表面在所述扫描头坐标系下的点云数据，转化到所述三维扫描***的全局坐标系下，包括：
根据所述扫描头与所述跟踪头的相对位姿，将所述被扫描物体表面在所述扫描头坐标系下的点云数据转化到所述跟踪头坐标系下；
计算所述跟踪头与所述全局坐标系的相对位姿，并根据所述跟踪头与所述全局坐标系的相对位姿，将所述被扫描物体表面在所述跟踪头坐标系下的点云数据，转化到所述全局坐标系下。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述三维扫描***包括全局跟踪装置，所述计算所述跟踪头与所述全局坐标系的相对位姿，并根据所述跟踪头与所述全局坐标系的相对位姿，将所述被扫描物体表面在所述跟踪头坐标系下的点云数据，转化到所述全局坐标系下，包括：
获取所述跟踪头与所述跟踪头上的识别符相对位姿；
获取所述识别符在所述全局跟踪装置的全局坐标系下的位姿；
根据所述跟踪头与所述识别符的相对位姿、所述识别符在所述全局坐标系下的位姿，将所述被扫描物体表面在所述跟踪头坐标系下的点云数据，转化到所述全局坐标系下。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述三维扫描***包括工业相机，所述计算所述跟踪头与所述全局坐标系的相对位姿，并根据所述跟踪头与所述全局坐标系的相对位姿，将所述被扫描物体表面在所述跟踪头坐标系下的点云数据，转化到所述全局坐标系下，包括：
通过所述工业相机，获取所述目标扫描区域内，所述全局坐标系下的全部标记点数据；
获取所述目标扫描区域内，所述跟踪头坐标系下的部分标记点数据；
将所述全局坐标系下的全部标记点数据与所述跟踪头坐标系下的部分标记点数据进行比对，计算得到所述跟踪头在所述全局坐标系下的相对位姿。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述跟踪头相对于所述被扫描物体固定不动，所述跟踪头坐标系为所述全局坐标系。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在完成将所述目标扫描区域内，所述被扫描物体表面的点云数据转化至所述全局坐标系下后，控制所述可移动装置运动至下一个扫描区域内，并将所述下一个扫描区域作为所述目标扫描区域。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述可移动装置为AGV小车，所述AGV小车按照预设的移动路径进行移动。
10.一种三维扫描***，其特征在于，包括扫描仪、机器人和可移动装置，所述扫描仪包括扫描头和跟踪头，所述扫描头搭载于所述机器人的末端，所述机器人安装在所述可移动装置上，所述可移动装置上包含有运动控制模块和数据采集处理模块，所述运动控制模块通过网络控制所述机器人和所述可移动装置的运动；
所述扫描头跟随所述机器人的运动而进行扫描，用于在搭载所述机器人的可移动装置移动至目标扫描区域时，获取所述目标扫描区域内，被扫描物体表面在所述扫描头坐标系下的点云数据；
所述跟踪头用于跟踪所述扫描头的位姿；
所述数据采集处理模块用于计算所述跟踪头和所述扫描头的相对位姿，并根据所述相对位姿将所述被扫描物体表面在所述扫描头坐标系下的点云数据，转化到所述三维扫描***的全局坐标系下，得到所述目标扫描区域内的所述被扫描物体表面在所述全局坐标系下的点云数据。
11.一种电子装置，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行权利要求1至9中任一项所述的三维扫描方法。
12.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行权利要求1至9中任一项所述的三维扫描方法。
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