随着制造强国战略方针的推进,中小型制造企业的搬运上下料机器人智能化改造需求变得更为迫切。目前存在的改造方案主要有两种:定制物料定位装置,配合人工示教和离线编程,设备成本较低但是需要耗费额外的人力成本;传输带配合关节机器爪,智能化程度较高但是场地要求高、设备成本高。本文从中小型管道工件搬运问题出发,设计了基于空间点与空间圆建模的辅助抓取系统,以三维建模算法层面的改进兼顾低成本的改造方式和较少的人工干预。工业环境一般有特殊的低纹理和多重复细节的特性,而如何在低纹理特征的场景下进行稳定的三维建模仍是机器视觉领域的一个难点。本文实现了在工业场景中进行三维空间点云的动态建模,并在空间点云的基础上对空间圆建模以确定工件精确位置的算法。算法用于辅助工业机器臂实现管道工件粗胚抓取。建立的带位姿反馈的控制系统使场景三维建模有了精准的基础;算法中的稀疏场景空间点建模使工业场景中工件方位可辨;基于视频流中投影与优化的空间圆建模则使能了工件的精准抓取。主要研究内容如下:1、在坐标机器人上安装视觉传感器,并建立实时位姿反馈的控制系统。结合稳定的外参标定方法,视觉算法计算平台能够获取每一帧图像拍摄时,相机所在的物理世界位姿;2、采用基于特征点的建模方法,利用采集的图像序列对场景生成空间点云,完成对场景的初步描述。探索在工业环境中抽取合适的图像特征点与特征描述符,根据先验信息优化特征匹配过程;在匹配的基础上,采用贝叶斯滤波器生成空间点;在图像序列中使用非线性优化,多阶段地更新空间点的位置;3、在生成的空间点云上,研究空间圆建模方法,以空间圆的大小、位置表示工作台上的管道工件。将生成的点云按八叉树划分,设置开启初始化空间圆的条件;探究了空间圆在不同坐标系间的投影关系,可计算得到图像上对应的二维斜椭圆方程;空间圆在图像序列上以投影和水平集方法查找二维表达,再通过空间圆的二维椭圆表达调整空间圆的三维参数。本研究在公开数据集及采集的目标场景序列上进行验证实验,证明了所提出的基于空间点圆特征的三维重建系统满足建模精度要求,满足辅助机器臂抓取目标工件的需求。