(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210655124.8 (22)申请日 2022.06.10 (71)申请人 重庆大学 地址 400044 重庆市沙坪坝区沙正 街174号 重庆大学 申请人 上海大学 (72)发明人 蒲华燕　王刚　刘鸿亮　罗均　 牟力胜　 (74)专利代理 机构 北京高沃 律师事务所 1 1569 专利代理师 王爱涛 (51)Int.Cl. G06T 7/00(2017.01) G06T 7/11(2017.01) G06V 10/75(2022.01) G06V 10/762(2022.01) (54)发明名称 一种基于点云的钢筋网片焊接点自动识别 方法及系统 (57)摘要 本发明涉及一种基于点云的钢筋网片焊接 点自动识别方法及系统， 属于自动焊接技术领 域。 本发明的方法基于包含深度信息的三维点云 数据， 并采用聚类及圆柱拟合等方法实现焊接点 的识别， 克服了离线编程的方式的复杂 度高及精 度低的缺陷， 并克服了搭载2D相机的方法的精确 度不高的缺陷， 提供了一种实施简单且定位精度 高的焊接点自动识别方法。 权利要求书4页 说明书10页 附图3页 CN 115239620 A 2022.10.25 CN 115239620 A 1.一种基于点云的钢筋网片焊接点自动识别方法， 其特征在于， 所述方法包括如下步 骤： 获取钢筋网片局部区域的三维点云数据集 合； 对所述三维点云数据集合中的三维点云数据进行聚类， 及对孤立的三维点云数据的进 行删除， 获得多个第一 点云聚类； 分别对每个第 一点云聚类进行一 次圆柱拟合， 及对非钢筋特征的第 一点云聚类的进行 删除， 获得钢筋特征 的第一点云聚类， 及每个钢筋特征 的第一点云聚类对应的圆柱拟合结 果； 根据每个钢筋特征的第 一点云聚类对应的圆柱拟合结果， 对于属于同一钢筋的钢筋特 征的第一 点云聚类进行合并， 获得每 个钢筋的第二 点云聚类； 对每个钢筋的第二 点云聚类进行二次圆柱拟合， 获得每 个钢筋的圆柱点云； 分别将每个钢筋的圆柱点云与所述钢筋的设计模型进行匹配， 获得每个钢筋的模型点 云； 钢筋的模型点云用于表征 所述钢筋的设计模型在钢筋网片中的位姿； 根据每个钢筋的模型点云确定不同钢筋的接触点作为焊接点。 2.根据权利要求1所述的点云的钢筋网片焊接点自动识别方法， 其特征在于， 所述对所 述三维点云数据集合中的三维点云数据进行聚类， 及对孤立的三维点云数据的进行删除， 获得多个第一 点云聚类， 具体包括： 采用欧式聚类法对所述三维点云数据集合中的三维点云数据进行聚类， 及对孤立的三 维点云数据的进行删除， 获得多个第一 点云聚类。 3.根据权利要求1所述的点云的钢筋网片焊接点自动识别方法， 其特征在于， 所述分别 对每个第一点云聚类进行一次圆柱拟合， 及对非钢筋特征 的第一点云聚类的进行删除， 获 得钢筋特征的第一点云聚类及每个钢筋特征的第一点云聚类对应的圆柱拟合结果， 具体包 括： 令i的数值 为1； 采用主成分分析方法计算第 i个第一点云聚类的协方差矩阵的最大特征向量作为拟合 圆柱的轴线单位矢量； 将第i个第一点云聚类中的每个三维点云数据均投影至所述轴 线单位矢量的垂直平面 上， 获得平面 点云数据； 对所述平面 点云数据进行最小二乘圆拟合， 获得拟合圆柱的圆心点和半径； 判断所述半径与钢筋零件标准半径的差值的绝对值是否大于第 一预设阈值， 获得判断 结果； 当所述判断结果表示是， 则将所述第 一点云聚类作为非钢筋特征的第 一点云聚类进行 删除； 当所述判断结果表示否， 则将所述第 一点云聚类作为钢筋特征的第 一点云聚类进行保 留； 令i的数值增加1， 返回步骤 “采用主成分分析方法计算第 i个第一点云聚类的协方差矩 阵的最大特征向量作为拟合圆柱的轴线 单位矢量 ”， 直到i的数值大于所有第一点云聚类的 总数， 输出钢筋特征 的第一点云聚类， 及每个钢筋特征 的第一点云聚类对应的圆柱拟合结 果； 所述圆柱拟合结果包括拟合圆柱的轴线单位矢量、 圆心点和半径。权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115239620 A 24.根据权利要求1所述的点云的钢筋网片焊接点自动识别方法， 其特征在于， 所述根据 每个钢筋特征的第一点云聚类对应的圆柱拟合结果， 对于属于同一钢筋的钢筋特征的第一 点云聚类进行合并， 获得每 个钢筋的第二 点云聚类， 具体包括： 根据每个钢筋特征的第 一点云聚类对应的圆柱拟合结果， 利用如下公式计算每种组合 结果下的两个钢筋特征的第一点云聚类的拟合圆柱的轴线夹角； 所述组合结果对位于下层 的钢筋特 征的第一 点云聚类的任意两个为 一组进行组合得到的组合结果； σ ＝l1·l2； 其中， σ 表示轴线夹角， l1和l2分别表示不同组合结果下的两个钢筋特征的第一点云聚 类的拟合圆柱的轴线单位矢量； 判断公式σ ＞0.9是否成立， 获得每种组合结果的第一判断结果； 根据每个钢筋特征的第 一点云聚类对应的圆柱拟合结果， 利用如下公式计算每种组合 结果下的两个钢筋特 征的第一 点云聚类的拟合圆柱的轴线的最短距离； d＝|p1‑p2|sin(arccos((p1‑p2)·l1)/(|p1‑p2||l1|))； 其中， d表示最短距离， p1和p2分别表示不同组合结果下的两个钢筋特征的第一点云聚 类的拟合圆柱的轴线上的点， l1表示不同组合结果下的其中一个钢筋特征的第一点云 聚类 的拟合圆柱的轴线单位矢量； 判断公式d＜λ是否成立， 获得每种组合结果的第二判断结果； 其中， λ表示轴线距离阈 值； 将第一判断结果表示是且第二判断结果表示是的组合结果下的两个钢筋特征点的第 一点云聚类进行合并。 5.根据权利要求1所述的点云的钢筋网片焊接点自动识别方法， 其特征在于， 所述根据 每个钢筋的模型点云确定不同钢筋的接触点作为焊接点， 具体包括： 根据每个钢筋的模型点云， 构建每 个钢筋的空间直线方程； 基于每个钢筋 的空间直线方程， 确定任意两个钢筋之间的交叉点对； 所述交叉点对包 括分别位于任意两个钢筋的空间直线方程上的距离最近的两个点； 分别计算每 个交叉点对之间的距离； 将距离小于第二预设阈值的交叉点对中的两个点的中点作为焊接点。 6.根据权利要求1所述的点云的钢筋网片焊接点自动识别方法， 其特征在于， 所述根据 每个钢筋的模型点云确定不同钢筋的接触点作为焊接点， 之后还 包括： 按照焊接点与焊接机器人末端焊接工具的距离从小到大的顺序对所有焊接点进行排 序， 生成焊接路径点。 7.一种基于点云的钢筋网片焊接点自动识别系统， 其特 征在于， 所述系统包括： 三维点云数据获取模块， 用于获取钢筋网片局部区域的三维点云数据集 合； 聚类模块， 用于对所述三维点云数据集合中的三维点云数据进行聚类， 及对孤立的三 维点云数据的进行删除， 获得多个第一 点云聚类； 一次圆柱拟合模块， 用于分别对每个第一点云聚类进行一次圆柱拟合， 及对非钢筋特 征的第一点云聚类的进行删除， 获得钢筋特征 的第一点云聚类， 及每个钢筋特征 的第一点 云聚类对应的圆柱拟合结果； 合并模块， 用于根据每个钢筋特征的第一点云聚类对应的圆柱拟合结果， 对于属于同权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115239620 A 3