专利名称：基于视觉辅助的地面广告清除机器人控制系统及控制设备的制作方法
技术领域：
本发明属于机器人控制技术领域。具体涉及一种基于视觉辅助的地面广告清除机 器人控制系统及相关设备。
背景技术：
被称为“城市牛皮癣”的小广告无处不在，“城市牛皮癣”的存在已经成为城市一道 不和谐的景观。一方面对市容市貌造成污染，有碍观瞻，严重影响城市形象；另一方面也带 来许多社会隐患，影响市民生活。因此清除地面污渍(小广告)是城市清洁工作的重要任 务之一。随着机器人技术及其支持技术的迅速发展，机器人的应用已经逐渐从工业领域向 军事、医疗、农业、服务等领域渗透。如果能设计出一种地面广告清除机器人控制系统，将能 很好的解决上述问题。国外在清除地面广告的技术方法上，主要是应用高压水来解决。通过高压泵产生 的强大的水压力冲刷小广告的表面来清除广告。德国的一些公司在这方面走在前列，如德 国的Kranzle公司生产的大力神产品，但其高压清洗在国内的效果不理想。主要是技术使 用和能源运用方面存在问题。北京康博思铭公司开发了一款广告清除产品，它的原理是利 用高温蒸汽作为清洗介质，以液化石油气做燃料，开机后一段时间内会产生高温蒸汽，然后 利用喷出的高温气体去冲刷小广告。该产品相对于大力神来说有了一定的针对性，应该说 是一个大的进步，但是，在设计上也存在一些问题。比如，高温蒸汽容易伤人；依然存在水资 源的浪费，用液化气罐作为动力源危险性高；手持手柄在长时间的高温作用下，容易过热伤 害操作员等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种地面广告清除机器人控制系统；该控制系统基于视觉 辅助进行设计开发，应用单目摄像机对地面状况进行实时动态采集并进行相应的处理；由 于处理后的数据较少，便于系统的存储与计算，结构模块化层次分明，实现起来相对简单方 便。上述发明的目的通过以下的技术方案实现基于视觉辅助的地面广告清除机器人控制装置，其组成包括支架，主控模块，控 制装置还包括与所述的主控模块连接的单目摄像头，与所述的单目摄像头连接的电机控制 模块和舵机控制模块，与小广告清除机器人联系的无线通信模块，应用程序下载调试模块 与上位工控机；所述的主控模块和电源都分别连接图像控制模块、所述的无线通信模块、所 述的电机控制模块、所述的舵机控制模块和所述的程序下载调试模块、电机反馈模块。所述的基于视觉辅助的地面广告清除机器人控制装置，所述的支架包括带有车轱 辘的横向刚性支架，所述的横向刚性支架连接竖向刚性支架，在所述的竖向刚性支架的左 侧装有与所述的横向刚性支架连接的所述的磨头，所述的磨头上方连接装在所述的横向刚 性支架上的磨头旋转驱动电机，所述的磨头旋转驱动电机通过磨头升降连杆连接磨头升降驱动电机和磨头升降弹簧，在所述的竖向刚性支架的右侧装有与所述的横向刚性支架连接 的控制系统，所述的控制系统连接无线通讯装置，所述的横向刚性支架的尾部连接行进驱 动电机和外置编码器，所述的横向刚性支架的前部装有与所述的磨头旋转驱动电机连接的 转向驱动电机，所述的竖向刚性支架顶端装有所述的单目摄像头。所述的基于视觉辅助的地面广告清除机器人控制装置，所述的主控模块是用辅助 视觉系统进行移动清除的；以飞思卡尔半导体公司16位单片机型号MC9S12XS128B为核心 的主控芯片及芯片初始化电路组成的，所述的图像采集模块是采用摄像头型号0V6620驱 动芯片进行摄像头驱动，为主控芯片提供很好的数字图像信息、行中断和场中断标识位，且 具有356*292的分辨率和每秒50场的高采集速度，通过主控芯片捕捉相应的信号，或产生 中断或输入比较来判断接收图像数据。所述的基于视觉辅助的地面广告清除机器人控制装置，所述的电机控制模块是由 电机驱动芯片和两直流电机组成，采用1片L298n电机驱动芯片控制2个直流电机。所述的基于视觉辅助的地面广告清除机器人控制装置，所述的舵机控制模块包括 控制地面广告清除机器人转向的驱动装置和磨头上下升降的驱动装置；所述的无线通讯模 块采用Zigbee作为通信载体，使用串口连接方式，所选Zigbee具有外置天线3db及任意可 设波特率的性能，控制上位机和小广告清除机器人的直接通信。所述的基于视觉辅助的地面广告清除机器人控制装置，所述的程序下载调试模块 采用专用的飞思卡尔单片机的下载调试模块MC908JB16芯片设计；该模块是搭配专用编程 开发环境和在线跟踪调试环境，完成程序的修改和维护的专用模块。基于视觉辅助的地面广告清除机器人控制系统，由主控模块发出指令直接控制图 像控制模块，由图像控制模块发出信号应用到单目摄像头对要清除的地面进行图像采集和 处理，处理后的数据信息反馈给电机控制模块和舵机控制模块进行控制，并动态扫描电机 反馈模块的实时状态，使机器人能够自动寻找地面广告并清除；同时，由无线通信模块发出 的指令，控制上位机和小广告清除机器人的直接通信，完成远程控制、数据跟踪；应用程序 下载调试模块与上位机搭配编程开发环境，进行程序修改和维护。所述的基于视觉辅助的地面广告清除机器人控制系统，所述的电机反馈模块将移 动装置的转动圈数和位置反馈给主控芯片当中的外置编码器，使主控芯片感知电机的运动 状况，获知小车的运动距离；所述的电机控制模块直流电机分别作为地面广告清除机器人 的移动驱动装置和清除驱动装置；移动驱动装置连接运动轮杆齿轮组，实现轮胎的同步； 清除驱动装置用来驱动底端磨头，完成清除动作所述的转向驱动装置分别连在两个轮子的 转向杆端，完成轮子的转向动作；磨头上下升降的驱动装置进行角度旋转，推动弹簧杆的升 降。有益效果1.本发明基于视觉辅助的控制系统，机器人能够较为准确的识别地面广告的尺寸 和位置，并可以自动清除广告，动态性能良好，误差较小，系统的稳定性和抗干扰能力强。2.本发明避免了由于人的参与而造成的安全问题以及系统误操作。3.本发明能够完成对地面目标广告的识别与清除，是地面广告清除机器人的关键 技术之一，其控制系统性决定了机器人能否完成规定的工作任务。4.本发明应用无线通信模块发出的指令，控制上位机和小广告清除机器人的直接通信，可完成远程控制、数据跟踪、实验调试，操作简单，实用性好。
图1是本发明控制系统结构图。
图2是本发明地面广告清除机器人的结构图。
图3是图2的俯视图。
图4本发明的系统电路图。
图5本发明中7. 2V-5V稳压电路图。
图6本发明中电机接口的电路图。
图7本发明中测试信号灯的电路图。
图8本发明中电机驱动外围电路电路图。
图9本发明中舵机接口电路图。
图10本发明中下载调试接口电路图。
图11本发明中供电模块电路图。
图12本发明中无线通信模块电路图。
图13本发明中光电编码输入电路图。
图14本发明中摄像头输入接口电路图。
具体实施例方式实施例1 基于视觉辅助的地面广告清除机器人控制系统，支架，主控模块，与所述的主控模 块连接的单目摄像头，与所述的单目摄像头连接的电机控制模块和舵机控制模块，与小广 告清除机器人联系的无线通信模块，应用程序下载调试模块与上位工控机。所述的主控模 块1连接图像控制模块2、无线通信模块3、电机控制模块4、舵机控制模块5和程序下载调 试模块6，所述的图像控制模块2、无线通信模块3、电机控制模块4、舵机控制模块5和程序 下载调试模块6连接电源7，所述的电源7连接电机反馈模块8，所述的电机反馈模块8连 接主控模块1。基于视觉辅助的地面广告清除机器人控制系统，由主控模块发出指令直接控制图 像控制模块，由图像控制模块发出信号应用到单目摄像头对要清除的地面进行图像采集和 处理，处理后的数据信息反馈给电机控制模块和舵机控制模块进行控制，并动态扫描电机 反馈模块的实时状态，使机器人能够自动寻找地面广告并清除；同时，由无线通信模块发出 的指令，控制上位机和小广告清除机器人的直接通信，完成远程控制、数据跟踪；应用程序 下载调试模块与上位机搭配编程开发环境，进行程序修改和维护。所述的基于视觉辅助的地面广告清除机器人控制系统，所述的电机反馈模块将移 动装置的转动圈数和位置反馈给主控芯片当中的外置编码器，使主控芯片感知电机的运动 状况，获知小车的运动距离；所述的电机控制模块直流电机分别作为地面广告清除机器人 的移动驱动装置和清除驱动装置；移动驱动装置连接运动轮杆齿轮组，实现轮胎的同步； 清除驱动装置用来驱动底端磨头，完成清除动作所述的转向驱动装置分别连在两个轮子的 转向杆端，完成轮子的转向动作；磨头上下升降的驱动装置进行角度旋转，推动弹簧杆的升降。实施例2 实施例1所述的基于视觉辅助的地面广告清除机器人控制系统，所述的主 控模块是用辅助视觉系统进行移动清除的；以飞思卡尔半导体公司16位单片机型号 MC9S12XS128B为核心的主控芯片及芯片初始化电路组成的。所述的基于视觉辅助的地面广告清除机器人控制系统，所述的图像采集模块是采 用摄像头型号0V6620驱动芯片进行摄像头驱动，可为主控芯片提供很好的数字图像信息、 行中断和场中断标识位，且具有356*292的分辨率和每秒50场的高采集速度，可以通过主 控芯片捕捉相应的信号，或产生中断或输入比较来判断接收图像数据。所述的基于视觉辅助的地面广告清除机器人控制系统，所述的电机控制模块是由 电机驱动芯片和两直流电机组成，采用1片L298n电机驱动芯片控制2个直流电机；两直流 电机分别作为地面广告清除机器人的移动驱动装置和清除驱动装置；移动驱动装置连接运 动轮杆齿轮组，实现轮胎的同步；清除驱动装置用来驱动底端磨头，完成清除动作。所述的基于视觉辅助的地面广告清除机器人控制系统，所述的舵机控制模块包括 控制地面广告清除机器人转向的驱动装置和磨头上下升降的驱动装置；转向驱动装置分别 连在两个轮子的转向杆端，完成轮子的转向动作；磨头上下升降的驱动装置可进行角度旋 转，推动弹簧杆的升降。所述的基于视觉辅助的地面广告清除机器人控制系统，所述的电机反馈模块将移 动装置的转动圈数和位置反馈给主控芯片当中的外置编码器，使主控芯片感知电机的运动 状况，获知小车的运动距离。所述的基于视觉辅助的地面广告清除机器人控制系统，所述的无线通讯模块采用 Zigbee作为通信载体，使用串口连接方式，所选Zigbee具有外置天线(3db的幅度)及任意 可设波特率的性能，可控制上位机和小广告清除机器人的直接通信。所述的基于视觉辅助的地面广告清除机器人控制系统，所述的程序下载调试模块 采用专用的飞思卡尔单片机的下载调试模块MC908JB16芯片设计；该模块搭配专用编程开 发环境和在线跟踪调试环境，完成程序的修改和维护。实施例3 实施例1或2所述的基于视觉辅助的地面广告清除机器人控制装置，其组成包括 带有车轱辘22横向刚性支架9和竖向刚性支架10，所述的横向刚性支架9连接竖向刚性支 架10，在所述的竖向刚性支架10的左侧装有与横向刚性支架9连接的磨头11，所述的磨头 11上方连接装在横向刚性支架上的磨头旋转驱动电机12，所述的磨头旋转驱动电机12通 过磨头升降连杆13连接磨头升降驱动电机14和磨头升降弹簧15，在所述的竖向刚性支架 10的右侧装有与横向刚性支架9连接的控制系统16，所述的控制系统16连接无线通讯装 置17，所述的横向刚性支架9的尾部连接行进驱动电机18和外置编码器19，所述的横向刚 性支架9的前部装有与磨头旋转驱动电机12连接的转向驱动电机21，所述的竖向刚性支架 顶端装有单目摄像头20。操作流程(1)首先，由主控芯片及芯片初始化电路组成的主控模块发出扫描指令直接控制 图像模块，使单目摄像头对要清除的地面进行图像采集和处理；
(2)图像采集处理模块将处理后的地面广告图像尺寸以及相应图像坐标位置信息 反馈给主控模块；(3)主控模块将得到的尺寸和位置数据信息，通过发送指令的方式同时控制电机 控制模块和舵机控制模块；其中电机控制模块当中的移动驱动装置和清除驱动装置分别实 现轮胎的同步和磨头的旋转清除运动；其中舵机控制模块当中的转向驱动装置和磨头升降 驱动装置分别实现轮子的转向和磨头的升降；(4)主控芯片动态扫描电机反馈模块的信息，使机器人能够及时调整方位与磨头 位置，自动寻找地面广告并清除；(5)应用无线通信模块发出的指令，控制上位机和小广告清除机器人进行直接通 信，完成远程控制、数据跟踪。(6)应用程序下载调试模块，随时完成程序的修改和维护。
权利要求
一种基于视觉辅助的地面广告清除机器人控制装置，其组成包括支架，主控模块，其特征是控制装置还包括与所述的主控模块连接的单目摄像头，与所述的单目摄像头连接的电机控制模块和舵机控制模块，与小广告清除机器人联系的无线通信模块，应用程序下载调试模块与上位工控机；所述的主控模块和电源都分别连接图像控制模块、所述的无线通信模块、所述的电机控制模块、所述的舵机控制模块和所述的程序下载调试模块、电机反馈模块。
2.根据权利要求1所述的基于视觉辅助的地面广告清除机器人控制装置，其特征是 所述的支架包括带有车轱辘的横向刚性支架，所述的横向刚性支架连接竖向刚性支架，在 所述的竖向刚性支架的左侧装有与所述的横向刚性支架连接的所述的磨头，所述的磨头上 方连接装在所述的横向刚性支架上的磨头旋转驱动电机，所述的磨头旋转驱动电机通过磨 头升降连杆连接磨头升降驱动电机和磨头升降弹簧，在所述的竖向刚性支架的右侧装有与 所述的横向刚性支架连接的控制系统，所述的控制系统连接无线通讯装置，所述的横向刚 性支架的尾部连接行进驱动电机和外置编码器，所述的横向刚性支架的前部装有与所述的 磨头旋转驱动电机连接的转向驱动电机，所述的竖向刚性支架顶端装有所述的单目摄像 头。
3.根据权利要求1或2所述的基于视觉辅助的地面广告清除机器人控制装置，其特征 是所述的主控模块是用辅助视觉系统进行移动清除的；以飞思卡尔半导体公司16位单片 机型号MC9S12XS128B为核心的主控芯片及芯片初始化电路组成的，所述的图像采集模块 是采用摄像头型号0V6620驱动芯片进行摄像头驱动，为主控芯片提供很好的数字图像信 息、行中断和场中断标识位，且具有356*292的分辨率和每秒50场的高采集速度，通过主控 芯片捕捉相应的信号，或产生中断或输入比较来判断接收图像数据。
4.根据权利要求1或2所述的基于视觉辅助的地面广告清除机器人控制装置，其特征 是所述的电机控制模块是由电机驱动芯片和两直流电机组成，采用1片L298n电机驱动芯 片控制2个直流电机。
5.根据权利要求1或2所述的基于视觉辅助的地面广告清除机器人控制装置，其特 征是所述的舵机控制模块包括控制地面广告清除机器人转向的驱动装置和磨头上下升 降的驱动装置；所述的无线通讯模块采用Zigbee作为通信载体，使用串口连接方式，所选 Zigbee具有外置天线3db及任意可设波特率的性能，控制上位机和小广告清除机器人的直 接通信。
6.根据权利要求1或2所述的基于视觉辅助的地面广告清除机器人控制装置，其特征 是所述的程序下载调试模块采用专用的飞思卡尔单片机的下载调试模块MC908JB16芯片 设计；该模块是搭配专用编程开发环境和在线跟踪调试环境，完成程序的修改和维护的专 用模块。
7.一种基于视觉辅助的地面广告清除机器人控制系统，其特征是由主控模块发出指 令直接控制图像控制模块，由图像控制模块发出信号应用到单目摄像头对要清除的地面进 行图像采集和处理，处理后的数据信息反馈给电机控制模块和舵机控制模块进行控制，并 动态扫描电机反馈模块的实时状态，使机器人能够自动寻找地面广告并清除；同时，由无线 通信模块发出的指令，控制上位机和小广告清除机器人的直接通信，完成远程控制、数据跟 踪；应用程序下载调试模块与上位机搭配编程开发环境，进行程序修改和维护。
8.根据权利要求7所述的基于视觉辅助的地面广告清除机器人控制系统，其特征是 所述的电机反馈模块将移动装置的转动圈数和位置反馈给主控芯片当中的外置编码器，使 主控芯片感知电机的运动状况，获知小车的运动距离；所述的电机控制模块直流电机分别 作为地面广告清除机器人的移动驱动装置和清除驱动装置；移动驱动装置连接运动轮杆齿 轮组，实现轮胎的同步；清除驱动装置用来驱动底端磨头，完成清除动作所述的转向驱动装 置分别连在两个轮子的转向杆端，完成轮子的转向动作；磨头上下升降的驱动装置进行角 度旋转，推动弹簧杆的升降。
全文摘要
基于视觉辅助的地面广告清除机器人控制系统及控制设备。国外在清除地面广告的技术方法上，主要是应用高压水来解决。通过高压泵产生的强大的水压力冲刷小广告的表面来清除广告。本发明由主控模块发出指令直接控制图像控制模块，由图像控制模块发出信号应用到单目摄像头对要清除的地面进行图像采集和处理，处理后的数据信息反馈给电机控制模块和舵机控制模块进行控制，并动态扫描电机反馈模块的实时状态，使机器人能够自动寻找地面广告并清除；同时，由无线通信模块发出的指令，控制上位机和小广告清除机器人的直接通信，可完成远程控制、数据跟踪；应用程序下载调试模块与上位机搭配编程开发环境，进行程序修改和维护。本发明用于地面广告清除机器人。
文档编号E01H1/02GK101864745SQ201010158888
公开日2010年10月20日 申请日期2010年4月29日 优先权日2010年4月29日
发明者李东洁, 王金玉, 肖万哲, 邹宇 申请人:哈尔滨理工大学