方案使用专题

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专题一：识别麻袋正反和朝向

在自动化麻袋抓取的场景中，为了麻袋放置时统一朝向，需识别每个麻袋的正反面和袋口朝向，以便机器人可根据识别结果来调整抓取位姿。

如下图所示，麻袋整垛来料时，各个麻袋袋口的朝向不一致，在将麻袋放置到流水线上时，需使袋口统一朝向同一方向。

本节将介绍如何在麻袋识别流程中识别麻袋正反和袋口朝向。

topic 1 applicable scene 1

适用场景

该专题适用于具有明显图案或文字特征的麻袋，以便深度学习识别麻袋朝向。

topic 1 applicable scene 2

该专题不适用于表面特征较少或特征对称的麻袋，深度学习难以准确判断麻袋朝向。

topic 1 applicable scene 3

部署Mech-Vision工程

流程概览

机器人抓取麻袋时，由于吸盘长边和麻袋长边是平行的，所以只需通过深度学习判断位姿是否需绕 Z 轴旋转 180°即可确保麻袋统一朝向放置。

为实现上述功能，可在典型工程的调整位姿步骤组合中增加以下三个步骤组合，用于“识别朝向”和“矫正位姿”。

  • 将单个的麻袋彩色图变换至 2D 图中心位置

  • 通过深度学习识别麻袋朝向

  • 根据标签矫正位姿方向

topic 1 vis overview

下文将对新增的步骤组合进行详细解释。

步骤详解

将单个的麻袋彩色图变换至 2D 图中心位置

  • 功能说明：

    由于麻袋掩膜提取结果多样，为了方便后续进行目标检测，需使用麻袋位姿将彩色图统一变换至整张图像的水平中心位置。

    如下图所示，图 1 为将竖直摆放的麻袋变换至 2D 图水平中心位置，图 2 为将倾斜摆放的麻袋变换至 2D 图水平中心位置。

    topic 1 transform image

  • 内部重点步骤介绍：

    步骤 功能说明 处理结果

    提取掩膜中对应的图像

    该步骤前接将3D点云投影为2D图像步骤后，可将每个麻袋的点云转化为掩膜，然后在原始彩色图上根据掩膜提取单个的麻袋彩色图像。

    topic 1 apply masks to image

    获取基于工件位姿的四个顶点（步骤组合）

    在物体坐标系下，该步骤可根据输入的麻袋位姿生成边长为 20 mm 的矩形顶点位姿，这四个顶点位姿在转换为 2D 位姿后，可为透视变换处理提供足够的自由度，来确定麻袋彩色图像的起始位置和方向。

    -

    设置基准位姿（步骤组合）

    该步骤可将麻袋位姿的 X、Y 值设置为 0，同时将四元数设置为单位四元数，得到在当前高度下的相机中心位姿。

    -

    获取基于基准位姿的四个顶点（步骤组合）

    使用新的位姿在物体坐标系下生成边长为 20 mm 的矩形顶点位姿，这四个顶点位姿在转换为 2D 位姿后，为透视变换处理提供足够的自由度，来确定麻袋彩色图像的目标位置和方向。

    -

    透视变换

    根据输入的透视变换前的点和透视变换后的点获得变换矩阵，然后利用此变换矩阵，将输入的彩色图变换至目标位置，即变换到 2D 图水平中心位置。

    -
识别麻袋朝向

  • 功能说明：

    该步骤组合可根据透视变换后的麻袋彩色图进行目标检测，然后判断麻袋朝向。

  • 内部重点步骤介绍：

    步骤 功能说明 处理结果

    缩放2D ROI内的图像

    该步骤可对麻袋彩色图像进行缩放（缩放比例=1024/麻袋彩色图像的最小外接矩形长度），以便提高图像分辨率，减少尺寸干扰，从而提高目标检测的稳定性。

    topic 1 scale image in 2d roi

    深度学习模型包推理

    该步骤可使用目标检测对单个麻袋彩色图进行麻袋朝向判断。

    topic 1 deep learning model package inference
根据标签矫正位姿方向

  • 功能说明：

    该步骤组合可根据麻袋朝向标签来矫正麻袋位姿方向，一般分为以下三种情况：

    • 标签为 0：麻袋正面朝上且袋口朝左，需将位姿绕 Z 轴旋转 180°。

    • 标签为 1：麻袋正面朝上且袋口朝右，无需旋转位姿。

    • 标签为 2：麻袋反面朝上，无法识别袋口朝向，无需旋转位姿，或可根据实际需求作报警处理。

    topic 1 correct pose direction

专题二：拆垛完成后识别并抓取托盘

在自动化麻袋抓取的场景中，拆垛完成后需要识别并抓取托盘。本节将介绍如何进行托盘的识别和抓取。

适用场景

该专题适用于识别并抓取平面托盘，如下图所示。

topic 2 applicable scene 1

该专题不适用于识别并抓取非平面托盘，如下图所示。

topic 2 applicable scene 2

部署Mech-Vision工程

流程概览

Mech-Vision工程总体流程如下图所示。在该工程中，主要依靠点云预处理、计算托盘位姿、调整位姿步骤组合进行托盘识别。

topic 2 vis overview

下文将对该流程中的重点步骤进行详细解释。

步骤详解

点云预处理

  • 功能说明：

    该步骤组合可根据相机采集的深度图生成点云，然后通过设置感兴趣区域、获取最高层点云等方式，去除其他场景点云，只输出托盘点云，以便后续准确计算托盘位姿。

    如下图所示，左图为预处理前的点云，包含场景点云和托盘点云；右图为预处理后的点云，只包含托盘点云。

    topic 2 point cloud preprocessing
计算托盘位姿

  • 功能说明：

    该步骤组合可计算托盘位姿，并根据托盘尺寸进行位姿防错。

  • 内部重点步骤介绍：

    步骤 功能说明 处理结果

    计算平面点云的位姿和尺寸

    该步骤用于计算托盘位姿。

    -

    翻转位姿的坐标轴方向

    由于计算平面点云的位姿和尺寸步骤输出的位姿 Z 轴可能向下，所以需使用该步骤翻转位姿的坐标轴方向来确保 Z 轴向上。

    topic 2 calc poses and dimensions

    验证箱子尺寸是否有效

    根据读取物体尺寸步骤输出的托盘尺寸，该步骤可判断当前输出的托盘尺寸是否符合要求。当尺寸不符合要求时，不输出托盘位姿。

    -
计算托盘位姿

  • 功能说明：

    该步骤组合可对托盘位姿进行调整和防错。

  • 内部重点步骤介绍：

    步骤 功能说明 处理结果

    调整位姿V2

    该步骤可对托盘位姿进行方向调整和防错。

    • 方向调整：统一托盘位姿方向，避免机器人抓取托盘时有过多的旋转。

    • 位姿防错：确保托盘位姿 Z 轴角度在合理范围内，且在 3D ROI 内。

    topic 2 adjust pose v2

    防错-判断托盘上有无工件

    该步骤组合可提取托盘上方场景点云，通过比较点云点数和阈值的大小关系来进行防错。

    • 如果点云点数低于阈值，认为托盘上方无麻袋，输出托盘位姿。

    • 如果点云点数高于阈值，认为托盘上方有麻袋，不输出托盘位姿。

    topic 2 determine whether there is

专题三：使用双夹爪桁架机器人进行麻袋拆垛

在双夹爪桁架机器人抓取麻袋的场景中，为实现一次抓取多个麻袋，需识别全部麻袋并按照规则对位姿进行排序，以便两个夹爪可同时抓取麻袋。本文将介绍双夹爪桁架机器人如何进行麻袋拆垛。

topic 3 applicable scene 2

适用场景

该专题适用于来料规整，且只有两种垛型的麻袋。桁架机器人拆垛时，每个夹爪可绕 Z 轴旋转。

topic 3 applicable scene 1
topic 3 applicable scene 3

在满垛情况下，桁架机器人获取到一层麻袋的位姿和标签后，，将根据标签顺序先用双夹爪抓取标签 1 和标签 2 对应的麻袋，再用双夹爪抓标签 3 和标签 4 对应的麻袋，最后用单夹爪抓取标签 5 对应的麻袋。

部署Mech-Vision工程

流程概览

双夹爪桁架机器人进行麻袋拆垛时，需识别全部麻袋并按照规则对位姿进行排序，本专题在典型工程的基础上，修改了调整位姿步骤组合，删除了二维排序、提取麻袋上表面点云重新计算、调整麻袋位姿至上表面点云中心步骤组合，增加了以下三个步骤组合：

  • 移动位姿至麻袋短边中心

  • 判断位置标签并对位姿排序

  • 防错—判断是否有漏识别

topic 3 vis overview

下文将对新增的步骤组合进行详细解释。

步骤详解

移动位姿至麻袋短边中心

  • 功能说明：

    该步骤组合可将麻袋的位姿移动至远离垛心的短边中心，用于后续准确判断位姿标签，并减少麻袋位置波动所产生的影响。

    topic 3 move pose

  • 内部重点步骤介绍：

    步骤 功能说明

    使位姿的轴旋转至指定方向

    该步骤可矫正位姿的 Z 轴，使 Z 轴竖直朝上。

    计算平面点云的位姿和尺寸

    该步骤可根据整垛的麻袋点云计算垛心位姿。

    使位姿的轴指向参考点

    该步骤可将麻袋中心位姿的 X 轴按 180° 对称性旋转至垛心方向。

    围绕指定轴旋转位姿

    该步骤可将位姿绕 Z 轴旋转 180°，使位姿的 X 轴指离垛心。

    沿指定方向移动位姿

    该步骤可将位姿从麻袋中心移动至麻袋短边中心。
判断位置标签并对位姿排序

  • 功能说明：

    该步骤组合可基于两种垛型设置五个 3D ROI，判断位姿是否在 3D ROI 内，并根据判断结果给 ROI 内的有效位姿添加相应的位姿标签。然后将位姿从麻袋短边中心移回至麻袋中心，并根据索引对位姿和位姿标签重新排序。

  • 内部重点步骤介绍：

    步骤 功能说明 处理结果

    判断位姿是否在3D ROI内

    该步骤可根据来料垛型设置五个 3D ROI，判断位姿是否在对应的 3D ROI 内，并根据结果给 ROI 内的有效位姿添加位姿标签。

    topic 3 validate lable

    沿指定方向移动位姿

    该步骤可将位姿从麻袋短边中心移回至麻袋中心。

    -

    使位姿的轴指向参考点

    该步骤可将麻袋中心位姿的 X 轴按 180° 对称性旋转指向机器人原点。

    -

    按照索引对元素重排序

    该步骤可按照索引列表对麻袋位姿和位姿标签重新排序。

    -
防错-判断是否有漏识别

  • 功能说明：

    该步骤组合可根据麻袋位姿提取对应麻袋上方的点云，并判断点云点数是否超过阈值。如果某个位姿对应的点云点数超过阈值，则说明存在漏识别，需剔除所有位姿。

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