一种基于人工智能的原木切割机器人及切割方法与流程

1.本发明涉及原木状态校验技术领域，具体为一种基于人工智能的原木切割机器人及切割方法。


背景技术：

2.当前市面上的原木切割设备，只是实现了一个人工操作切割的加工机器，原木切割实际出材率是需要通过大锯手个人经验来进行切割；由于木材本身是不规则的类圆，每一个木材之间形状都存在这千差万别，因此为了保证出材率需要大锯手具有非常丰富的经验，才能减少切割中的浪费，而由于工厂端业务的强度，任何一个大锯手对不规则的原木多少都会造成一定的浪费；
3.另外由于木材本身是一个有大端和小端的不规则锥体，人为判断多少会存在一定的视觉误差，当前工厂端多是办公室通过通过材积率计算公式计算出大致内容，但具体切割实际出材都是以大锯手经验为主。
4.基于以上两点需求，本课题组提出一种基于人工智能的原木切割机器人及切割方法。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题在于在进行房地产估价时，往往受评估人员主观因素的影响较大，这在一定程度上影响其评估结果的准确性。
6.本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：提供了一种基于人工智能的原木切割机器，包括底架、制动控制柜，所述底架的上端设置有两组x轴传送带，所述底架的外侧安装有切割装置，所述x轴传送带的上端设置有y轴传送装置，所述y轴传送装置的上端设置有旋转装置，所述底架的前端设置有第二ccd相机，所述底架的后端设置有第一ccd相机，所述y轴传送装置的上端旋转装置的一侧设置有压紧装置。
7.优选的，所述第二ccd相机用于原木数据采集，所述压紧装置与制动控制柜之间数据通信，所述制动控制柜包括计算机系统和软件系统，所述制动控制柜通过网络连接有云端服务器和操作控制台，所述第一ccd相机、第二ccd相机与制动控制柜的计算机设备进行数据互动。
8.一种基于人工智能的原木切割方法，用于上述的一种基于人工智能的原木切割机器人，包括：原木固定、图片采集、人工智能分析、确认参数、方案校对，所述原木固定用于利用机压紧装置卡口进行固定，所述图片采集用利用第一ccd相机、第二ccd相机对原木进行图像采集，所述人工智能分析用于通过人工智能对原木进行分析，并设立切割方案，所述确认参数用于确认人工智能分析的切割方案防止切割出错，所述方案校对用于利用机械臂调整原木角度。
9.优选的，所述原木固定控制原木固定时会需将原木的小端对准第二ccd相机，所述图片采集采集后的原木图片会传送到并进入到人工智能分析进行分析。
10.优选的，所述人工智能分析包括搭建基础模型、霍夫圆圆形检测、确定初始下刀方案、评估切割方案，所述搭建基础模型为根据传入原木径级与刀口误差建立极坐标系与相应极坐标方程，分别从已知横坐标或纵坐标两种情况进行分析，根据横纵坐标特殊赋值使得目标直线与圆相交，找到直线与圆上下交点坐标，完成基础模型搭建。
11.优选的，所述霍夫圆圆形检测为对传入原木图片，保存检测所得的圆心和直径，所述霍夫圆圆形检测方法为：首先在原木图像中每隔一度做一条通过圆心的直线，与所检测出霍夫圆相交与a、b点，计算a，b距离；然后通过数据实验得出区分圆与椭圆直接误差并对误差参数进行保存，计算每一次所得距离与霍夫圆圆形检测所得直径距离的方差，
[0012][0013]
其中，当d(x)《＝误差，则判定原木为标准圆等级，执行标准圆切割模块；当d(x)》误差，判定为椭圆，重新进行霍夫圆椭圆检测，保存椭圆长、短轴与交点，令椭圆修正角度为当前使该椭圆长轴平行于切割方案x轴所需旋转角度，执行椭圆切割。
[0014]
优选的，所述确定初始下刀方案的方法为：步骤一：使用前面求交点算法，根据木材规格的要求，执行动态规划算法；
[0015]
步骤二：从最后一次切割方案向前倒推，对可切割块数进行实验、调整与决策，取得满足切割需求方案的直线与圆的边缘交点作为木料切割后长方形的左上角顶点；
[0016]
步骤三：根据木材规格推算出右下角顶点坐标，作为木材切割中边缘情况的处理，边缘长方形的摆放形式决定了切割后一列木料的摆放方式；
[0017]
步骤四：将所有可初始化下刀位置存入列表，保存为下一步骤模块所需的变量。
[0018]
优选的，所述评估切割方案评估方案为：步骤一：计算不同切割方式对木材价值的利用率，获取木材切割方案的最优解；
[0019]
步骤二：基于对称思路，对切割方案所属左上圆或右上圆进行分类计算，对所切割木块是否符合切割标准进行判断；
[0020]
步骤三：当不符合标准时具体解决方案为采取减少一个块或改变切割方向，来使所切下理想木块既满足切割标准又满足木材利用率最大的需求，获取木材切割方案的最优解。
[0021]
优选的，所述确认参数的确认方法为通过人工智能模块将输出相关参数，如下刀角度，下刀位置，机器人机械臂固定装置将通过转动装置，将固定的原木角度调整到相应角度，同时校验模块与摄像采集模块持续交互，确定转动夹角是否符合相关角度要求，并对机械部模块发出角度精修指令，最终确定后；开启切割。
[0022]
优选的，所述方案校对的具体方案为：切割时原木当切割到靠近中间部分时，由于压紧装置需要进行调整位置，因此会重新进行固定，需要将新固定的位置与前面已经计算的切割方案进行重新校对，实现从另一面切割不影响整个切割方案。
[0023]
与现有技术相比，本发明提供了一种基于人工智能的原木切割方法，具备以下有益效果：
[0024]
1、一种基于人工智能的原木切割机器，通过视觉识别，加入人工智能算法，机器人技术，实现一个具有快速识别，快速分析，保证出材率最优的机器人；通过标准的算法和程序打造的机器人，降低了人工操作过程中随着人员疲惫，判断失误造成的浪费；也提升了工
人工作环境和降低了工作强度。通过对现有对原木加工设备进行智能升级改造，打造切割机器人，
[0025]
2、一种基于人工智能的原木切割方法，通过本技术调整过的机器，从算法上解决了人工手动切割时出材率不高的问题，从实验效果看，单算法示意图的部分调整工人切割方案即可提高1～5％的出材比率；如果是机器人进行切割，可以保证整个工序出材率时刻保持最大，且工作强度和准度超过人工操作；且自动切割将超过切割方案进行工作调整的1～5％的比例；
[0026]
同时本项目在经过算法优化后，可以实现单一规格切割出材率，切割经济价值最大化方案，同时人工智能算法现已实现两种规格木材混合切割，并计算出混合切割中最大出材率，最大经济价值切割分配方案；
[0027]
针对实际木材不同的切割方案，当前已经完成了切割设备的最优解，同时降低了工人工作强度，提升了工作安全环境。
附图说明
[0028]
图1为本发结构示意图；
[0029]
图2为本发明工作流程示意图。
[0030]
图中：1、底架；2、x轴传送带；3、切割装置；4、y轴传送装置；5、旋转装置；6、第一ccd相机；7、第二ccd相机；8、压紧装置；9、制动控制柜；11、原木固定；12、图片采集；13、人工智能分析；131、搭建基础模型；132、霍夫圆圆形检测；133、确定初始下刀方案；134、评估切割方案；14、确认参数；15、方案校对。
具体实施方式
[0031]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0032]
请参阅图1-2，一种基于人工智能的原木切割机器，包括底架1、制动控制柜9，底架1的上端设置有两组x轴传送带2，底架1的外侧安装有切割装置3，x轴传送带2的上端设置有y轴传送装置4，y轴传送装置4的上端设置有旋转装置5，底架1的前端设置有第二ccd相机7，底架1的后端设置有第一ccd相机6，y轴传送装置4的上端旋转装置5的一侧设置有压紧装置8。
[0033]
本实施例中，第二ccd相机7用于原木数据采集，压紧装置8与制动控制柜9之间数据通信，制动控制柜9包括计算机系统和软件系统，制动控制柜9通过网络连接有云端服务器和操作控制台，第一ccd相机6、第二ccd相机7与制动控制柜9的计算机设备进行数据互动。
[0034]
具体的，在原有切割基础上通过增加第一ccd相机6、第二ccd相机7，采集木材数据，减少人为判断大小端；通过压紧装置8与制动控制柜9数据通信，实现机器人机械臂的拓展；同时增加了旋转装置，通过与第一ccd相机6、第二ccd相机7和自动控制柜内的计算机设备进行数据互动实现项目更为精准的原木切割设计；制动控制柜9对接云端服务器和操作
控制台；针对特殊需求可保持人工智能和手工操作，人工智能操作，纯手工三种操作模式。
[0035]
一种基于人工智能的原木切割方法，用于上述的一种基于人工智能的原木切割机器人，包括：原木固定11、图片采集12、人工智能分析13、确认参数14、方案校对15，原木固定11用于利用机压紧装置8卡口进行固定，图片采集12用利用第一ccd相机6、第二ccd相机7对原木进行图像采集，人工智能分析13用于通过人工智能对原木进行分析，并设立切割方案，确认参数14用于确认人工智能分析13的切割方案防止切割出错，方案校对15用于利用机械臂调整原木角度。
[0036]
本实施例中，原木固定11控制原木固定时会需将原木的小端对准第二ccd相机7，图片采集12采集后的原木图片会传送到并进入到人工智能分析13进行分析。
[0037]
本实施例中，人工智能分析13包括搭建基础模型131、霍夫圆圆形检测132、确定初始下刀方案133、评估切割方案134，搭建基础模型131为根据传入原木径级与刀口误差建立极坐标系与相应极坐标方程，分别从已知横坐标或纵坐标两种情况进行分析，根据横纵坐标特殊赋值使得目标直线与圆相交，找到直线与圆上下交点坐标，完成基础模型搭建。
[0038]
本实施例中，霍夫圆圆形检测132为对传入原木图片，保存检测所得的圆心和直径，霍夫圆圆形检测132方法为：首先在原木图像中每隔一度做一条通过圆心的直线，与所检测出霍夫圆相交与a、b点，计算a，b距离；然后通过数据实验得出区分圆与椭圆直接误差并对误差参数进行保存，计算每一次所得距离与霍夫圆圆形检测132所得直径距离的方差，
[0039][0040]
其中，当d(x)《＝误差，则判定原木为标准圆等级，执行标准圆切割模块；当d(x)》误差，判定为椭圆，重新进行霍夫圆椭圆检测，保存椭圆长、短轴与交点，令椭圆修正角度为当前使该椭圆长轴平行于切割方案x轴所需旋转角度，执行椭圆切割。
[0041]
本实施例中确定初始下刀方案133的方法为：步骤一：使用前面求交点算法，根据木材规格普货、半精方、四面见线、精方的要求，执行动态规划算法；
[0042]
步骤二：从最后一次切割方案向前倒推，对可切割块数进行实验、调整与决策，取得满足切割需求方案的直线与圆的边缘交点作为木料切割后长方形的左上角顶点；
[0043]
步骤三：根据木材规格推算出右下角顶点坐标，作为木材切割中边缘情况的处理，边缘长方形的摆放形式决定了切割后一列木料的摆放方式木料竖行摆放为板，横向摆放为坨；
[0044]
步骤四：将所有可初始化下刀位置存入列表，保存为下一步骤模块所需的变量。
[0045]
本实施例中，评估切割方案134评估方案为：步骤一：计算不同切割方式对木材价值的利用率，获取木材切割方案的最优解；
[0046]
步骤二：基于对称思路，对切割方案所属左上圆或右上圆进行分类计算，对所切割木块是否符合切割标准进行判断；
[0047]
步骤三：当不符合标准时具体解决方案为采取减少一个块或改变切割方向，来使所切下理想木块既满足切割标准又满足木材利用率最大的需求，获取木材切割方案的最优解。
[0048]
本实施例中，确认参数14的确认方法为通过人工智能模块将输出相关参数，如下刀角度，下刀位置，机器人机械臂固定装置将通过转动装置，将固定的原木角度调整到相应
角度，同时校验模块与摄像采集模块持续交互，确定转动夹角是否符合相关角度要求，并对机械部模块发出角度精修指令，最终确定后；开启切割。
[0049]
本实施例中，方案校对15的具体方案为：切割时原木当切割到靠近中间部分时，由于压紧装置8需要进行调整位置，因此会重新进行固定，需要将新固定的位置与前面已经计算的切割方案进行重新校对，实现从另一面切割不影响整个切割方案。
[0050]
工作时，使用本设备时，原木切割机器人设备在原有切割基础上通过增加第一ccd相机6、第二ccd相机7，采集木材数据，减少人为判断大小端；通过压紧装置8与制动控制柜9数据通信，实现机器人机械臂的拓展；同时增加了旋转装置，通过与第一ccd相机6、第二ccd相机7和自动控制柜内的计算机设备进行数据互动实现项目更为精准的原木切割设计；制动控制柜9对接云端服务器和操作控制台；针对特殊需求可保持人工智能和手工操作，人工智能操作，纯手工三种操作模式，原木切割机器人设备在工作时，通过制动控制柜9控制压紧装置8将原木压紧在旋转装置5上，然后利用第一ccd相机6、第二ccd相机7对原木进行拍照，并将照片传送至制动控制柜9通过人工智能对照片进行分析，在进行分析前首先建立原木径级与刀口误差建立极坐标系与相应极坐标方程，找到直线与圆上下交点坐标，完成基础模型搭建，然后进行霍夫圆圆形检测，计算每一次所得距离与霍夫圆圆形检测所得直径距离的方差，然后执行动态规划算法，推算原木切割方案，然后对计算不同切割方式对原木的利用价值，获取原木最优解，来使所切下理想木块既满足切割标准又满足木材利用率最大的需求，获取木材切割方案的最优解，然后通过制动控制柜9控制切割装置3进行切割，并控制旋转装置5度原木角度进行调整，同时校验模块与摄像采集模块持续交互，确定转动夹角是否符合相关角度要求，在压紧装置8进行调整后对原木进行重新校验。
[0051]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0052]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种基于人工智能的原木切割机器人，包括底架(1)、制动控制柜(9)，其特征在于：所述底架(1)的上端设置有两组x轴传送带(2)，所述底架(1)的外侧安装有切割装置(3)，所述x轴传送带(2)的上端设置有y轴传送装置(4)，所述y轴传送装置(4)的上端设置有旋转装置(5)，所述底架(1)的前端设置有第二ccd相机(7)，所述底架(1)的后端设置有第一ccd相机(6)，所述y轴传送装置(4)的上端旋转装置(5)的一侧设置有压紧装置(8)。2.根据权利要求1所述的一种基于人工智能的原木切割机器人，其特征在于：所述第二ccd相机(7)用于原木数据采集，所述压紧装置(8)与制动控制柜(9)之间数据通信，所述制动控制柜(9)包括计算机系统和软件系统，所述制动控制柜(9)通过网络连接有云端服务器和操作控制台，所述第一ccd相机(6)、第二ccd相机(7)与制动控制柜(9)的计算机设备进行数据互动。3.根据权利要求1所述的一种基于人工智能的原木切割方法，应用于权利要求1-2任一项所述的一种基于人工智能的原木切割机器人，其特征在于，包括：原木固定(11)、图片采集(12)、人工智能分析(13)、确认参数(14)、方案校对(15)，所述原木固定(11)用于利用机压紧装置(8)卡口进行固定，所述图片采集(12)用利用第一ccd相机(6)、第二ccd相机(7)对原木进行图像采集，所述人工智能分析(13)用于通过人工智能对原木进行分析，并设立切割方案，所述确认参数(14)用于确认人工智能分析(13)的切割方案防止切割出错，所述方案校对(15)用于利用机械臂调整原木角度。4.根据权利要求3所述的一种基于人工智能的原木切割方法，其特征在于：所述原木固定(11)控制原木固定时会需将原木的小端对准第二ccd相机(7)，所述图片采集(12)采集后的原木图片会传送到并进入到人工智能分析(13)进行分析。5.根据权利要求3所述的一种基于人工智能的原木切割方法，其特征在于：所述人工智能分析(13)包括搭建基础模型(131)、霍夫圆圆形检测(132)、确定初始下刀方案(133)、评估切割方案(134)，所述搭建基础模型(131)为根据传入原木径级与刀口误差建立极坐标系与相应极坐标方程，分别从已知横坐标或纵坐标两种情况进行分析，根据横纵坐标特殊赋值使得目标直线与圆相交，找到直线与圆上下交点坐标，完成基础模型搭建。6.根据权利要求5所述的一种基于人工智能的原木切割方法，其特征在于：所述霍夫圆圆形检测(132)为对传入原木图片，保存检测所得的圆心和直径，所述霍夫圆圆形检测(132)方法为：首先在原木图像中每隔一度做一条通过圆心的直线，与所检测出霍夫圆相交与a、b点，计算a，b距离；然后通过数据实验得出区分圆与椭圆直接误差并对误差参数进行保存，计算每一次所得距离与霍夫圆圆形检测(132)所得直径距离的方差，其中，当d(x)<＝误差，则判定原木为标准圆等级，执行标准圆切割模块；当d(x)>误差，判定为椭圆，重新进行霍夫圆椭圆检测，保存椭圆长、短轴与交点，令椭圆修正角度为当前使该椭圆长轴平行于切割方案x轴所需旋转角度，执行椭圆切割。7.根据权利要求5所述的一种基于人工智能的原木切割方法，其特征在于：所述确定初始下刀方案(133)的方法为：步骤一：使用前面求交点算法，根据木材规格(普货、半精方、四面见线、精方)的要求，执行动态规划算法；步骤二：从最后一次切割方案向前倒推，对可切割块数进行实验、调整与决策，取得满
足切割需求方案的直线与圆的边缘交点作为木料切割后长方形的左上角顶点；步骤三：根据木材规格推算出右下角顶点坐标，作为木材切割中边缘情况的处理，边缘长方形的摆放形式决定了切割后一列木料的摆放方式(木料竖行摆放为板，横向摆放为坨)；步骤四：将所有可初始化下刀位置存入列表，保存为下一步骤模块所需的变量。8.根据权利要求5所述的一种基于人工智能的原木切割方法，其特征在于：所述评估切割方案(134)评估方案为：步骤一：计算不同切割方式对木材价值的利用率，获取木材切割方案的最优解；步骤二：基于对称思路，对切割方案所属左上圆或右上圆进行分类计算，对所切割木块是否符合切割标准进行判断；步骤三：当不符合标准时具体解决方案为采取减少一个块或改变切割方向，来使所切下理想木块既满足切割标准又满足木材利用率最大的需求，获取木材切割方案的最优解。9.根据权利要求5所述的一种基于人工智能的原木切割方法，其特征在于：所述确认参数(14)的确认方法为通过人工智能模块将输出相关参数，如下刀角度，下刀位置，机器人机械臂固定装置将通过转动装置，将固定的原木角度调整到相应角度，同时校验模块与摄像采集模块持续交互，确定转动夹角是否符合相关角度要求，并对机械部模块发出角度精修指令，最终确定后；开启切割。10.根据权利要求3所述的一种基于人工智能的原木切割方法，其特征在于：所述方案校对(15)的具体方案为：切割时原木当切割到靠近中间部分时，由于压紧装置(8)需要进行调整位置，因此会重新进行固定，需要将新固定的位置与前面已经计算的切割方案进行重新校对，实现从另一面切割不影响整个切割方案。

技术总结
本发明公开了一种基于人工智能的原木切割机器人及切割方法，包括底架、制动控制柜，所述底架的上端设置有两组X轴传送带，所述底架的外侧安装有切割装置，所述X轴传送带的上端设置有Y轴传送装置，所述Y轴传送装置的上端设置有旋转装置，所述底架的前端设置有第二CCD相机，所述底架的后端设置有第一CCD相机，所述Y轴传送装置的上端旋转装置的一侧设置有压紧装置，本发明的优点在于：针对实际木材不同的切割方案，当前已经完成了切割设备的最优解，同时降低了工人工作强度，提升了工作安全环境。境。境。


技术研发人员：李少卿 郭海坤 张贝贝 侯子轩
受保护的技术使用者：苏州木光网络科技有限公司
技术研发日：2023.04.14
技术公布日：2023/7/22