本发明涉及机器人，具体为一种基于机器视觉的风管管头定位装置及定位方法。
背景技术：
1、为降低发电厂卸煤生产线人员安全风险，改善工作环境，提高卸煤生产线的自动控制水平，降低故障发生率，保证系统安全稳定运行，实现发电厂卸煤车间100％安全自动摘复钩与可视化监视管理成为了当前发电厂卸煤生产线科技研发重点。
2、当前敞车摘钩与复钩已有机械装置可完成自动作业，作为卸煤系统全自主作业的最后一环,风管对接尚未完成自动化作业改造。风管自动对接首先需要完成风管管头辨识与定位，进一步辨识与定位风管管身以及接口等关键部位，便于机械手抓取操作。风管成像受到轨道底部光线较暗影响，风管本身受到煤粉或者生锈等污渍影响，难以准确通过光学视觉辨识。风管位置相对固定，因此可以采用对车厢进行视觉学习，也可以通过跟踪在牵引机的位置，获得摘钩、复购以及风管头的位置，定位误差在30mm以内。
3、当前发电厂卸煤系统主要研究集中在摘复钩系统实现上，国内外较少有风管对接装置应用报道。风管由于呈现自由垂落形态，因此风管的管头握紧需要具有一定的倾斜角度，才可以将风管握紧，并且不同车辆风管管头位置的位置不确定，无法根据车厢固定位置进行判断。对接风管时，机械手抓住管头后需要调整二者位置成九十度夹角，从而进一步挂接错接。因此风管对接需要解决两个问题：其一为管头的形态辨识与定位；其二管头的抓取。
技术实现思路
1、本部分的目的在于概述本发明的实施方式的一些方面以及简要介绍一些较佳实施方式。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
2、因此，本发明的目的是提供一种基于机器视觉的风管管头定位装置及定位方法，为风管进一步抓取提供风管位置与形态数据，且提供的点云形成方案针对近距离大面积形成的激光点云形成方案，实现简便，管头形态准确。
3、为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：
4、一种基于机器视觉的风管管头定位装置，其包括：
5、牵引行车；
6、y轴位移组件，安装在所述牵引行车上，所述y轴位移组件上具有y轴支撑横梁；
7、x轴位移组件，安装在所述y轴支撑横梁上，由y轴位移组件驱动沿y轴方向移动；
8、激光定位器，安装在所述x轴位移组件上，由x轴位移组件驱动沿x轴方向移动；
9、视觉摄像组件，安装在牵引行车上且位于y轴位移组件的头端；
10、uwb定位器，安装在所述视觉摄像组件的顶部。
11、作为本发明所述的一种基于机器视觉的风管管头定位装置的一种优选方案，其中，所述x轴位移组件包括滑轨本体、安装在所述滑轨本体头端的步进电机、与所述步进电机的输出端连接丝杆、由所述丝杆旋转驱动沿着滑轨本体滑动的滑块和设置在所述滑轨本体两侧与滑块之间的防雨防尘罩。
12、作为本发明所述的一种基于机器视觉的风管管头定位装置的一种优选方案，其中，所述视觉摄像组件包括垂直安装在所述牵引行车上的支架以及设置在所述支架顶端的视觉摄像头。
13、作为本发明所述的一种基于机器视觉的风管管头定位装置的一种优选方案，其中，所述防雨防尘罩为可收缩折叠的波纹状结构。
14、作为本发明所述的一种基于机器视觉的风管管头定位装置的一种优选方案，其中，所述y轴位移组件与所述x轴位移组件结构相同。
15、一种基于机器视觉的风管管头定位装置的定位方法，具体步骤如下：
16、s1、uwb定位器获得x轴位移组件的滑块相对位置，与敞车牵引车的uwb定位装置位置形成随动，牵引行车上的uwb定位器根据敞车牵引车牵引停止时刻的相对位置，获得风管对象质量x中心轴的预期运动位置，与风管对象质量x中心轴的实际位置偏差在100mm以内；
17、s2、x轴位移组件在牵引行车牵引下继续缓慢移动，并在运动过程中通过视觉摄像组件获取悬垂风管的质量中心轴，当风管质量中心轴与视觉摄像组件的视觉成像中心轴重叠的时候，牵引行车牵引行车的x轴定位结束；
18、s3、在y轴位移组件与x轴位移组件交替运动下，获取风管管头和管身的激光点云形态与位置。
19、作为本发明所述的一种基于机器视觉的风管管头定位装置的定位方法的一种优选方案，其中，所述步骤s1中，uwb定位器获得x轴位移组件的滑块相对位置，与敞车牵引车的uwb定位装置位置形成随动，牵引行车上的uwb定位器根据敞车牵引车牵引停止时刻的相对位置，获得风管对象质量x中心轴的预期运动位置的具体步骤如下：
20、根据uwb定位器建立风管对接x轴坐标，以a为x基准坐标建立风管管头定位装置、牵引车的作业x轴坐标系，以轨道为平面建立y、z坐标系；
21、记录牵引车牵引停止时坐标xdt；
22、根据xdt形成风管管头定位装置的预期坐标x1p,x1p＝xdt-ld，其中ld为车厢长度与牵引车uwb定位装置安装长度之和，为固定参数；
23、根据风管管头定位装置的实际位置x1t与预期坐标x1p的差值，调整移动行车到指定位置x1p，此时风管管头定位装置与风管中心接近；
24、以(x1p,yt,0)为初始点，沿着x轴，移动牵引行车牵引行车，并采集风管照片；
25、处理采集图片为二值化图片，获取风管形态二值化图片z(i,j)，转入风管中心对称像素中心判断流程；
26、如果风管中心对称像素中心，则停止移动牵引行车，进入下一步风管形态点云形成阶段，标记中心位置为x。
27、作为本发明所述的一种基于机器视觉的风管管头定位装置的定位方法的一种优选方案，其中，所述风管中心对称像素中心判断流程如下：
28、设置cnt[n]，即cnt[0]，...，cnt[n-1]个计数器，且均初始化为0；
29、从i＝1行开始，扫描j＝1到j＝m,统计z(i,j)的像素值，如果z(i,j)为黑色，则cnt[j-1]＝cnt[j-1]+1；
30、当第一个cnt[i]>5，标记i为边缘ib[1]，如果连续有10个以上的cnt[i]>5，则可确定ib[1]为边缘1；
31、连续统计边缘数，分别记录为ib[1]、ib[2]，如超过边界2，则可以判定风管未对正；
32、计算x轴中心＝(ib[1]+ib[2])/2，如果|x轴中心-n/2|<25，则表示风管轴对称像素中心。
33、作为本发明所述的一种基于机器视觉的风管管头定位装置的定位方法的一种优选方案，其中，所述步骤s3中，获取风管管身的激光点云形态与位置的步骤如下：
34、从起始点(xz,1400,zi)开始运动，其中x轴位移组件的滑块中心要基于uwb定位装置换算成x轴坐标，并替代uwb定位器的x轴坐标成为装置的x轴坐标位置，y轴坐标和z轴坐标均由x轴位移组件的滑块中心位置坐标替代；
35、获取风管形态点云坐标xc1；
36、从起始点(xz,1800,zi)开始运动，获取风管形态点云坐标xc2。
37、作为本发明所述的一种基于机器视觉的风管管头定位装置的定位方法的一种优选方案，其中，所述步骤s3中，获取风管管头的激光点云形态与位置如下：
38、边缘一初始点确认：以风管边缘xc1为界定，(xc1,yc1)为风管点云形成初始点；
39、边缘一点云扫描：x、y轴同步位移形成点云序列，持续扫描200个点；
40、管头一确认：若第一次有zi-μi>200,则可初步判定xi为管头，连续30个序列均有zi+k-μi+k>200(k＝0，1，2，...，29)，则可判定xi为管头，标记为(xg1,yg1)；
41、边缘二初始点确认：以风管边缘xc2为界定，(xc2,yc2)为风管点云形成初始点；
42、边缘二点云扫描：x、y轴同步位移形成点云序列，持续扫描200个点；
43、管头二确认若第一次有zi-μi>200,则可初步判定xi为管头，连续30个序列均有zi+k-μi+k>200(k＝0，1，2，...，29)，则可判定xi为管头，标记为(xg2,yg2)。
44、与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：该种基于机器视觉的风管管头定位装置，采用光学视觉结合现场成像特征，在uwb导航粗定位基础上，通过二值化处理后获取风管主体形态部分特征，从而获取风管的初步位置，再通过激光测距装置准确获取风管管头点云形态，为风管进一步抓取提供风管位置与形态数据。本发明所提供的点云形成方案针对近距离大面积形成的激光点云形成方案，实现简便，管头形态准确。
1.一种基于机器视觉的风管管头定位装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的风管管头定位装置，其特征在于，所述x轴位移组件(300)包括滑轨本体(310)、安装在所述滑轨本体(310)头端的步进电机(320)、与所述步进电机(320)的输出端连接丝杆(330)、由所述丝杆(330)旋转驱动沿着滑轨本体(310)滑动的滑块(340)和设置在所述滑轨本体(310)两侧与滑块(340)之间的防雨防尘罩(350)。
3.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的风管管头定位装置，其特征在于，所述视觉摄像组件(500)包括垂直安装在所述牵引行车(100)上的支架(510)以及设置在所述支架(510)顶端的视觉摄像头(520)。
4.根据权利要求2所述的一种基于机器视觉的风管管头定位装置，其特征在于，所述防雨防尘罩(350)为可收缩折叠的波纹状结构。
5.根据权利要求2所述的一种基于机器视觉的风管管头定位装置，其特征在于，所述y轴位移组件(200)与所述x轴位移组件(300)结构相同。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的一种基于机器视觉的风管管头定位装置的定位方法，其特征在于，具体步骤如下：
7.根据权利要求6所述的一种基于机器视觉的风管管头定位方法，其特征在于，所述步骤s1中，uwb定位器(600)获得x轴位移组件(300)的滑块(340)相对位置，与敞车牵引车的uwb定位装置位置形成随动，牵引行车(100)上的uwb定位器(600)根据敞车牵引车牵引停止时刻的相对位置，获得风管对象质量x中心轴的预期运动位置的具体步骤如下：
8.根据权利要求7所述的一种基于机器视觉的风管管头定位方法，其特征在于，所述风管中心对称像素中心判断流程如下：
9.根据权利要求6所述的一种基于机器视觉的风管管头定位方法，其特征在于，所述步骤s3中，获取风管管身的激光点云形态与位置的步骤如下：
10.根据权利要求6所述的一种基于机器视觉的风管管头定位方法，其特征在于，所述步骤s3中，获取风管管头的激光点云形态与位置如下：
