一种视觉扫描定位系统的制作方法

1.本实用新型涉及隧道施工技术领域，具体涉及一种视觉扫描定位系统。


背景技术：

2.目前隧道施工时，在安装接触网吊柱的过程中，主要由操作员控制吊机抓取放置在轨道旁边的吊柱输送至预定位置由人工辅助安装。人工辅助安装具有一定的危险性，且工作效率不高，因此需要一款自动化吊柱抓取安装装置来保障隧道施工的安全性和工作效率。为了实现自动抓取和安装，获取吊柱的位置及结构信息至关重要。不同于一般的目标定位，吊柱安装需要将其末端的安装孔与事先固定在隧道顶部的螺栓准确对接，这需要精确地获取吊柱的结构信息来计算合适的抓取位置。为了辅助机械臂完成自动化抓取和安装，亟需一种扫描定位装置来获取吊柱的结构和位置信息。
3.国内现存的一些扫描定位装置多用于工厂、物流等具有标准工作流程的领域当中，待识别物体往往位于传送带或传送盘上，被输送至固定区域中等待扫描，且环境中对扫描的干扰较少。然而，隧道是一个连续且封闭的区域，吊柱在施工前会被预先放置在待安装区域的旁边，但由于隧道中的工况复杂，加上非标准的流程，使得获取吊柱的结构和位置信息仍然是一项重大难题。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种视觉扫描定位系统，其目的在于：本实用新型不同于传统的扫描定位装置，能够适应非结构化的施工环境，辅助机械臂完成接触网吊柱的自动抓取与起重安装，通过设置的测量定位系统和扫描系统，使操作员能够在驾驶室内独立完成吊柱的抓取与起重安装工作，无需额外的人工辅助，客服了隧道内的复杂工况，提高了施工作业的安全系数，降低了施工人员的劳动强度。
5.本实用新型采用的技术方案如下：
6.一种视觉扫描定位系统，包括：支撑装置、调整装置、视觉装置、视觉处理器，所述支撑装置安装在隧道施工时的吊柱起重臂上，所述调整装置安装在所述支撑装置上，所述视觉装置安装在所述调整装置上，所述调整装置包括滑动机构和旋转机构，所述视觉装置包括测量定位机构和扫描机构，所述调整装置、视觉装置均与视觉处理器电连接。
7.优选的，所述支撑装置包括：支撑组件、臂上安装组件，所述支撑组件与所述臂上安装组件固定连接，所述臂上安装组件安装在吊柱起重臂上，所述调整装置安装在支撑组件上。
8.优选的，所述滑动机构包括：调整机构基座、滑动调整组件，所述调整机构基座安装在支撑装置上，所述滑动调整组件与调整机构基座滑动连接，所述滑动调整组件与旋转机构连接。
9.优选的，所述旋转机构包括：旋转固定组件、驱动保护组件、驱动组件、视觉旋转基座，所述视觉旋转基座安装在滑动调整组件上，所述旋转固定组件与所述视觉旋转基座连
接，所述驱动组件与所述视觉旋转基座配合连接，所述驱动保护组件设置在驱动组件与视觉旋转基座的连接部。
10.优选的，所述驱动组件为电机及电机减速器，驱动保护组件为轴端盖，视觉旋转基座通过驱动保护组件与驱动组件配合连接在一起并通过螺母固定。
11.优选的，所述扫描机构包括：第二视觉组件、第二视觉安装保护组件，所述第二视觉安装保护组件与旋转机构的旋转部连接，所述第二视觉组件安装在第二视觉安装保护组件的保护腔内，所述保护腔设置有开口，所述第二视觉组件的镜头部分朝向保护腔的开口。
12.进一步地，所述测量定位机构包括：y向测距组件、x向测距组件、投影组件、第一视觉组件，所述y向测距组件、x向测距组件交叉安装在扫描机构上，所述投影组件、第一视觉组件均安装在扫描机构上，所述投影组件、第一视觉组件与x向测距组件的镜头朝向相同。
13.进一步地，所述第二视觉组件为工业3d结构光相机。
14.进一步地，所述y向测距组件、x向测距组件均为激光测距仪，所述投影组件为十字投影仪器，所述第一视觉组件为工业2d相机。
15.进一步地，所述测量定位机构还包括：第一视觉安装保护组件、投影安装保护组件，所述第一视觉安装保护组件安装在第一视觉组件外部，所述第一视觉安装保护组件设有开口，所述第一视觉组件的镜头部分朝向第一视觉安装保护组件的开口；所述投影安装保护组件安装在投影组件外部，所述投影安装保护组件设有开口，所述投影组件的镜头部分朝向投影安装保护组件的开口。
16.本实用新型不同于传统的扫描定位装置，能够适应非结构化的施工环境，辅助机械臂完成接触网吊柱的自动抓取与起重安装，通过设置的测量定位系统和扫描系统，使操作员能够在驾驶室内独立完成吊柱的抓取与起重安装工作，无需额外的人工辅助，客服了隧道内的复杂工况，提高了施工作业的安全系数，降低了施工人员的劳动强度。
附图说明
17.本实用新型将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
18.图1为本实用新型的整体结构示意图；
19.图2为本实用新型的支撑装置结构示意图；
20.图3为本实用新型的调整装置结构示意图；
21.图4为本实用新型的视觉装置结构示意图；
22.图标：1-支撑装置、101-支撑组件、102-臂上安装组件、2-调整装置、201-调整装置基座、202-旋转固定组件、203-驱动保护组件、204-滑动调整组件、205-驱动组件、206-视觉旋转基座、3-视觉装置、301-y向测距组件、302-x向测距组件、303-投影组件、304-第一视觉组件、305-第一视觉安装保护组件、306-投影安装保护组件、307-第二视觉组件、308-第二视觉安装保护组件。
具体实施方式
23.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实
施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
24.在本技术实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
25.下面结合图1-图4对本实用新型作详细说明。
26.本实用新型的在使用时的操作步骤为：
27.s1：通过支撑装置1将该视觉扫描定位系统安装在隧道施工时的吊柱起重臂上；
28.s2：通过第一视觉组件304获取吊柱起重臂的前方图像，并将获取到的图像传输至视觉处理器；
29.s3：视觉处理器通过识别算法识别s2中获取的前方图像来判断视野内是否存在吊柱，如果视野内不存在吊柱，则控制调整装置2与吊柱起重臂来调整视觉装置3的空间位置，如果视野内存在吊柱，则通过识别算法得到的识别信息和距离信息控制调整装置2与吊柱起重臂来调整视觉装置3来调整视觉装置3的空间位置，并扫描获取吊柱的3d点云数据信息；
30.s4：根据s3中获取的吊柱的3d点云数据信息计算出起重臂需要的抓取位置，并控制起重臂对吊柱进行抓取；
31.s5：将抓取到的吊柱移动至与隧道内螺柱对应的安装位置进行安装。
32.实施例一
33.一种视觉扫描定位系统，包括：支撑装置1、调整装置2、视觉装置3、视觉处理器，所述支撑装置1安装在隧道施工时的吊柱起重臂上，所述调整装置2安装在所述支撑装置1上，所述视觉装置3安装在所述调整装置2上，所述调整装置2由滑动机构与旋转机构组成，所述视觉装置3由测量定位机构与扫描机构组成，所述调整装置2、视觉装置3均与视觉处理器电连接。
34.支撑装置1包括：支撑组件101、臂上安装组件102，所述支撑组件1与所述臂上安装组件102固定连接，所述臂上安装组件102安装在吊柱起重臂上，所述调整装置2安装在支撑组件上101。
35.滑动机构包括：调整机构基座201、滑动调整组件204，所述调整机构基座201安装在支撑装置1上，所述滑动调整组件204与调整机构基座201滑动连接，所述滑动调整组件204与旋转机构连接。
36.旋转机构包括：旋转固定组件202、驱动保护组件203、驱动组件205、视觉旋转基座206，所述视觉旋转基座206安装在滑动调整组件204上，所述旋转固定组件202与所述视觉旋转基座206连接，所述驱动组件205与所述视觉旋转基座206配合连接，所述驱动保护组件203设置在驱动组件205与视觉旋转基座206的连接部。
37.扫描机构包括：第二视觉组件307、第二视觉安装保护组件308，所述第二视觉安装保护组件308与旋转机构的旋转部连接，所述第二视觉组件307安装在第二视觉安装保护组件308的保护腔内，所述保护腔设置有开口，所述第二视觉组件307的镜头部分朝向保护腔的开口。
38.测量定位机构包括：y向测距组件301、x向测距组件302、投影组件303、第一视觉组件304，所述y向测距组件301、x向测距组件302交叉安装在扫描机构上，x向测距组件302在起重臂在起重过程中用于测量吊柱与起重臂的距离，y向测距组件301用于测量隧道壁与起重臂的距离，防止隧道壁与起重臂产生干涉；所述投影组件303、第一视觉组件304均安装在扫描机构上，所述投影组件303、第一视觉组件304与x向测距组件302的镜头朝向相同。
39.测量定位机构还包括：第一视觉安装保护组件305、投影安装保护组件306，所述第一视觉安装保护组件305安装在第一视觉组件304外部，所述第一视觉安装保护组件(305)设有开口，所述第一视觉组件304的镜头部分朝向第一视觉安装保护组件(305)的开口；所述投影安装保护组件306安装在投影组件303外部，所述投影安装保护组件(306)设有开口，所述投影组件303的镜头部分朝向投影安装保护组件303的开口，第一视觉安装保护组件305、投影安装保护组件306分别用于保护第一视觉组件304和投影组件303免受外界物体碰撞，避免影响测量精度。
40.实施例二
41.支撑组件101为铝型材，调整装置基座201为滚珠丝杆板，调整装置基座201通过l型安装板以螺栓方式固定在支撑组件101上，驱动组件205为电机及电机减速器，驱动保护组件203为轴端盖，视觉旋转基座206通过驱动保护组件203与驱动组件205配合连接在一起并通过螺母固定，驱动保护组件203可以避免驱动组件205与视觉装置3发生摩擦、碰撞，既可以保护驱动组件205也可以保护视觉装置3。
42.实施例三
43.y向测距组件301、x向测距组件302均为激光测距仪，所述投影组件303为十字投影仪器，所述第一视觉组件304为工业2d相机，第二视觉组件307为工业3d结构光相机，十字投影仪通过投影十字标记来指示扫描机构照射的区域，通过视觉处理器处理工业2d相机获取到的图像中十字投影仪的十字标记的位置来反映扫描机构是否对准吊柱，并判断起重过程中吊柱是否被运送到指定位置，再通过工业3d结构光相机获取精确的吊柱点云数据，以点云数据为基础获得吊柱的结构信息。
44.以上所述实施例仅表达了本技术的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本技术保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。

技术特征：
1.一种视觉扫描定位系统，其特征在于，包括：支撑装置(1)、调整装置(2)、视觉装置(3)、视觉处理器，所述支撑装置(1)安装在隧道施工时的吊柱起重臂上，所述调整装置(2)安装在所述支撑装置(1)上，所述视觉装置(3)安装在所述调整装置(2)上，所述调整装置(2)由滑动机构与旋转机构组成，所述视觉装置(3)由测量定位机构与扫描机构组成，所述调整装置(2)、视觉装置(3)均与视觉处理器电连接。2.根据权利要求1所述的一种视觉扫描定位系统，其特征在于，所述支撑装置(1)包括：支撑组件(101)、臂上安装组件(102)，所述支撑组件(101)与所述臂上安装组件(102)固定连接，所述臂上安装组件(102)安装在吊柱起重臂上，所述调整装置(2)安装在支撑组件(101)上。3.根据权利要求1所述的一种视觉扫描定位系统，其特征在于，所述滑动机构包括：调整机构基座(201)、滑动调整组件(204)，所述调整机构基座(201)安装在支撑装置(1)上，所述滑动调整组件(204)与调整机构基座(201)滑动连接，所述滑动调整组件(204)与旋转机构连接。4.根据权利要求1所述的一种视觉扫描定位系统，其特征在于，所述旋转机构包括：旋转固定组件(202)、驱动保护组件(203)、驱动组件(205)、视觉旋转基座(206)，所述视觉旋转基座(206)安装在滑动调整组件(204)上，所述旋转固定组件(202)与所述视觉旋转基座(206)连接，所述驱动组件(205)与所述视觉旋转基座(206)配合连接，所述驱动保护组件(203)设置在驱动组件(205)与视觉旋转基座(206)的连接部。5.根据权利要求4所述的一种视觉扫描定位系统，其特征在于，所述驱动组件(205)为电机及电机减速器，驱动保护组件(203)为轴端盖，视觉旋转基座(206)通过驱动保护组件(203)与驱动组件(205)配合连接在一起并通过螺母固定。6.根据权利要求1所述的一种视觉扫描定位系统，其特征在于，所述扫描机构包括：第二视觉组件(307)、第二视觉安装保护组件(308)，所述第二视觉安装保护组件(308)与旋转机构的旋转部连接，所述第二视觉组件(307)安装在第二视觉安装保护组件(308)的保护腔内，所述保护腔设置有开口，所述第二视觉组件(307)的镜头部分朝向保护腔的开口。7.根据权利要求1或6所述的一种视觉扫描定位系统，其特征在于，所述测量定位机构包括：y向测距组件(301)、x向测距组件(302)、投影组件(303)、第一视觉组件(304)，所述y向测距组件(301)、x向测距组件(302)交叉安装在扫描机构上，所述投影组件(303)、第一视觉组件(304)均安装在扫描机构上，所述投影组件(303)、第一视觉组件(304)与x向测距组件(302)的镜头朝向相同。8.根据权利要求6所述的一种视觉扫描定位系统，其特征在于，所述第二视觉组件(307)为工业3d结构光相机。9.根据权利要求7所述的一种视觉扫描定位系统，其特征在于，所述y向测距组件(301)、x向测距组件(302)均为激光测距仪，所述投影组件(303)为十字投影仪器，所述第一视觉组件(304)为工业2d相机。10.根据权利要求6所述的一种视觉扫描定位系统，其特征在于，所述测量定位机构还包括：第一视觉安装保护组件(305)、投影安装保护组件(306)，所述第一视觉安装保护组件(305)安装在第一视觉组件(304)外部，所述第一视觉安装保护组件(305)设有开口，所述第一视觉组件(304)的镜头部分朝向第一视觉安装保护组件(305)的开口；所述投影安装保护
组件(306)安装在投影组件(303)外部，所述投影安装保护组件(306)设有开口，所述投影组件(303)的镜头部分朝向投影安装保护组件(306)的开口。

技术总结
本实用新型公开了一种视觉扫描定位系统，属于隧道施工技术领域。包括：支撑装置、调整装置、视觉装置、视觉处理器，所述支撑装置安装在隧道施工时的吊柱起重臂上，所述调整装置安装在所述支撑装置上，所述视觉装置安装在所述调整装置上，所述调整装置包括滑动机构和旋转机构，所述视觉装置包括测量定位机构和扫描机构，所述调整装置、视觉装置均与视觉处理器电连接。本实用新型能够适应非结构化的施工环境，使操作员能够在驾驶室内独立完成吊柱的抓取与起重安装工作，无需额外的人工辅助，客服了隧道内的复杂工况，提高了施工作业的安全系数，降低了施工人员的劳动强度。降低了施工人员的劳动强度。降低了施工人员的劳动强度。


技术研发人员：毛明华 黄敏 刘浩汉 王逸涵 李毅 熊鹰
受保护的技术使用者：中铁武汉电气化局集团有限公司
技术研发日：2022.12.23
技术公布日：2023/7/28