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基于机器视觉位姿检测的管片自动抓取拼装方法及系统研究
| 论文题名： | 基于机器视觉位姿检测的管片自动抓取拼装方法及系统研究 |
| 关键词： | 盾构机;自动抓取;自动拼装;机器视觉;位姿检测 |
| 摘要： | 盾构施工是国家和城市交通设施建设重要方法之一，管片拼装作为隧道盾构施工中重要的一环，目前仍由人工操作完成，无论是在拼装的效率还是施工的安全性或工程质量上，都存在一定的问题；而作为拼装的前序步骤，管片的抓取运输同样因人工操作存在很大弊端，也会对后续的拼装产生影响。因此，实现盾构机管片抓取（运输）拼装一体自动化有非常重要的研究意义和工程应用价值。本论文基于此针对吊具抓取管片过程、拼装机拼装管片过程，以机器视觉为位姿检测的基础，对管片自动抓取拼装过程中的位姿检测方法及自动抓取拼装系统进行研究，主要研究内容如下： 1.通过对管片吊具和拼装机机械结构系统及其改进D-H方法MD-H（ModifiedD-Hmethod，改进D-H方法）运动学模型的分析，根据机械自由度结构的不同，提出了基于单目相机管片抓取位姿检测方法和基于结构激光辅助测量管片拼装位姿方法。 2.研究了基于单目相机检测位姿的管片自动抓取系统。针对调整位姿动作过程中摇摆现象对定位的影响，提出了基于最小二乘拟合定位方法；针对管片定位孔检测识别，提出了改进的YOLOv5s目标检测方法，在特征提取网络中选择性地加入了CBAM（ConvolutionalBlockAttentionModule，卷积块注意力模型），使定位孔检测兼顾准确和快速特点。设计并开展了管片自动抓取实验，实验结果表明该方法自动抓取误差均小于5mm，平均每块抓取用时比人工减少40s，验证了方法的可行性和可靠性。 3.研究了基于结构激光辅助测量位姿的管片自动拼装系统。针对不同自由度特征提出相应的位姿检测方法：提出了基于线激光辅助测量高度、宽度，进而测量拼装机的横摇角度、垂直高度和偏转角度三个自由度位姿的方法；对俯仰角度的测量对象进行转换，提出了基于十字激光辅助测量调正俯仰角度的方法。通过实验测试表明所提出的位姿检测方法具有可行性，位姿测量误差与理论分析基本一致，能成功完成管片拼装并具备应用于工程现场的能力。 |
| 作者： | 赖典毅 |
| 专业： | 光学工程 |
| 导师： | 刘铁根;李茂春 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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