一种爬壁混凝土养护机器人控制方法与流程

本发明属于自动化控制技术领域，具体涉及一种爬壁混凝土养护机器人控制方法。

背景技术：

自50 年代第一台机器人研制成功至今，机器人技术的发展基本上经历了3个阶段：第一段为示教再现型，它重复最初示教的工作；第二代为具有感知功能的可编程型，具有视觉、力觉、触觉及接近觉等感知功能，这两代机器人主要为大规模生产所采用，如装配、锻压、喷漆、焊接及检修等工作；第三代为智能型，这种机器人装有多种传感器，基于人的思维方式进行判断，对作业环境具有适应性，能够基于环境的变化自动编程，从而确定动作。第三代机器人与第五代计算机技术密切相关，对于机器人的开发与应用，国内外机器人专家公认为应该优先发展工作于恶劣环境下的特种机器人。建筑行业是仅次于矿业的第二危险行业，施工过程中事故多、劳动强度大、生产率低，在建筑行业中引入机器人技术可以把建筑活动扩展到人所不适的场所，并且可以提高作业效率，将人类从简单重复及繁重危险的传统作业中替代出来。

技术实现要素：

发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种爬壁混凝土养护机器人控制方法，适用于不易洒水养护的异型或高大截面混凝土结构，比如高大的烟囱等，养护操作灵活、高效，爬壁混凝土养护机器人可沿待养护结构表面灵活移动，实现自动化养护操作，大大保障了操作人员的安全。

技术方案：本发明所述的一种爬壁混凝土养护机器人控制方法，包括如下步骤：

（1）首先将养护控制装置与爬壁机器人进行固定连接；

（2）预设爬壁机器人按照既定路线或者采用无线遥控的路线进行移动；

（3）爬壁机器人移动的同时启动调节机械臂和养护控制装置，调节机械臂进行360°无死角定位探测和养护液喷射，同时养护控制装置进行图像获取和处理，以获取混凝土上的养护液喷射情况信息；

（4）养护控制装置进行图像获取时，首先通过投影模块向混凝土表面投射出一个棋盘状的网格图像，以此来对待养护混凝土结构面进行区域划分，并对划分后的区域进行编号；在光线不足的情况下可以通过光线增强模块增强被拍摄物体表面的光度，提高拍摄效果，满足特殊情况下的使用要求；光线增强模块具有高频稳定和低功耗的特性，并且和单反相机快门同步控制，当快门按下时，单反相机向控制器发出信号，打开光线增强模块对表面进行拍摄，延迟 1s 后关闭光线增强模块；与此同时，指示模块是一个安装在单反相机天文望远镜上的强光激光器，它与摄像镜头同步转动，从而标记出表面投影方格的被拍摄区域；在使用单反相机对网格区域进行拍照的同时，安装在天文望远镜上的激光器便会标记出单反相机正在拍摄的网格区域同时 CCD 数字相机也会对待养护混凝土结构面进行拍摄，并将图像传到控制器中，经过控制器对激光器激光标记的识别，判断出正在拍摄图像的方格区域，然后将幻灯片图片相关方格进行标记，再通过投影仪将图片投射到待养护混凝土结构面上，由此可以直观地分辨出已拍摄区域和待拍摄区域，避免了拍摄图像的不连续、漏拍或重复拍摄现象，提高了养护的质量；

（5）获取图像后的处理：采用中值滤波方法对待养护混凝土结构面进行滤波处理，中值滤波能较好地保留图像边缘，图像轮廓比较清晰，可以得到比较好的平滑效果；图像分割，一般图像由背景和目标物体组成，由于他们对光线的反射能力不同，通常情况下，对于混凝土结构复杂部位较背景暗，因此可以选择一个灰度阈值将物体区域分割开来；去燥二值化处理和养护液在混凝土表面情况的图像识别；

（6）最后将处理后的图像进行地址定位和标记，并存储在存储模块中，以便后期进行处理；

（7）药量监测模块实时监测药箱内的剩余药量，当药量不足时，驱动报警模块进行报警；

（8）定位模块进行待养护混凝土结构位置标记和养护机器人的轨迹记录，以便查询机器人喷射轨迹是否有遗漏。

进一步的，所述的爬壁混凝土养护机器人包括爬壁机器人，调节机械臂和养护控制装置，所述爬壁机器人与待养护混凝土墙壁通过磁力连接，所述爬壁机器人活动运动在待养护混凝土墙壁上，所述爬壁机器人上固定连接有调节机械臂的一端，所述调节机械臂的另一端连接有养护控制装置；所述养护控制装置包括控制器，所述控制器的输入端分别连接有测距模块、图像处理模块、定位模块和药量监测模块，所述图像处理模块还连接有图像获取模块，所述控制器的输出端分别电连接有报警模块、无线通讯模块、爬壁机器人、调节机械臂和薄膜养生液喷射器，所述控制器还连接有存储模块和电源模块。

进一步的，所述待养护混凝土墙壁包括竖直方向和水平方向的混凝土墙壁。

进一步的，所述调节机械臂采用360°全方向调节。

进一步的，所述控制器采用单片机或PLC。

进一步的，所述测距模块采用测距仪。

进一步的，所述图像获取模块包括投影模块、摄影模块、放大望远模块、指示模块和光线增强模块；所述摄影模块包括单反相机与和 CCD 数字相机，放大望远模块由一个可自动控制转动的天文望远镜镜头组成，指示模块是一个安装在天文望远镜上的强光激光器，光线增强模块是一个和相机快门同步控制的闪光灯。

进一步的，所述图像处理模块包括滤波模块、去燥模块、图像分割模块和养护液喷射识别模块。

进一步的，所述药量监测模块采用水位传感器，设置于药箱中，用于实时监测药量剩余情况。

有益效果：本发明适用于不易洒水养护的异型或高大截面混凝土结构，比如高大的烟囱等，养护操作灵活、高效，爬壁混凝土养护机器人可沿待养护结构表面灵活移动，实现自动化养护操作，大大保障了操作人员的安全。

附图说明

图1为本发明一个实施例的结构示意图；

图2为本发明的控制原理结构框图。

具体实施方式

如图1和图2所示的一种爬壁混凝土养护机器人，包括爬壁机器人1，调节机械臂2和养护控制装置3，所述爬壁机器人1与待养护混凝土墙壁通过磁力连接，所述爬壁机器人1活动运动在待养护混凝土墙壁上，所述爬壁机器人1上固定连接有调节机械臂2的一端，所述调节机械臂2的另一端连接有养护控制装置3；所述养护控制装置3包括控制器，所述控制器的输入端分别连接有测距模块、图像处理模块、定位模块和药量监测模块，所述图像处理模块还连接有图像获取模块，所述控制器的输出端分别电连接有报警模块、无线通讯模块、爬壁机器人1、调节机械臂2和薄膜养生液喷射器，所述控制器还连接有存储模块和电源模块。

作为上述实施例的进一步优化：

待养护的混凝土墙壁包括竖直方向混凝土墙壁5和水平方向的混凝土墙壁4，爬壁机器人1可以自由的在竖直方向混凝土墙壁5和水平方向的混凝土墙壁4上自由活动，以保证养护的全方位覆盖。同时本发明的调节机械臂2采用360°全方向调节，从而实现了无死角的检测和多角度养护液的喷射。

所述测距模块采用测距仪，用于获取测量点到为喷射到的养护液的混凝土表面的距离。

所述图像获取模块包括投影模块、摄影模块、放大望远模块、指示模块和光线增强模块；所述摄影模块包括单反相机与和 CCD 数字相机，放大望远模块由一个可自动控制转动的天文望远镜镜头组成，指示模块是一个安装在天文望远镜上的强光激光器，光线增强模块是一个和相机快门同步控制的闪光灯。

所述图像处理模块包括滤波模块、去燥模块、图像分割模块和养护液喷射识别模块。

下面针对本发明的具体的检测原理和过程进一步进行说明：

（1）首先将养护控制装置与爬壁机器人进行固定连接；

（2）预设爬壁机器人按照既定路线或者采用无线遥控的路线进行移动；

（3）爬壁机器人移动的同时启动调节机械臂和养护控制装置，调节机械臂进行360°无死角定位探测和养护液喷射，同时养护控制装置进行图像获取和处理，以获取混凝土上的养护液喷射情况信息；

（4）养护控制装置进行图像获取时，首先通过投影模块向混凝土表面投射出一个棋盘状的网格图像，以此来对待养护混凝土结构面进行区域划分，并对划分后的区域进行编号；在光线不足的情况下可以通过光线增强模块增强被拍摄物体表面的光度，提高拍摄效果，满足特殊情况下的使用要求；光线增强模块具有高频稳定和低功耗的特性，并且和单反相机快门同步控制，当快门按下时，单反相机向控制器发出信号，打开光线增强模块对表面进行拍摄，延迟 1s 后关闭光线增强模块；与此同时，指示模块是一个安装在单反相机天文望远镜上的强光激光器，它与摄像镜头同步转动，从而标记出表面投影方格的被拍摄区域；在使用单反相机对网格区域进行拍照的同时，安装在天文望远镜上的激光器便会标记出单反相机正在拍摄的网格区域同时 CCD 数字相机也会对待养护混凝土结构面进行拍摄，并将图像传到控制器中，经过控制器对激光器激光标记的识别，判断出正在拍摄图像的方格区域，然后将幻灯片图片相关方格进行标记，再通过投影仪将图片投射到待养护混凝土结构面上，由此可以直观地分辨出已拍摄区域和待拍摄区域，避免了拍摄图像的不连续、漏拍或重复拍摄现象，提高了养护的质量；

（5）获取图像后的处理：采用中值滤波方法对待养护混凝土结构面进行滤波处理，中值滤波能较好地保留图像边缘，图像轮廓比较清晰，可以得到比较好的平滑效果；图像分割，一般图像由背景和目标物体组成，由于他们对光线的反射能力不同，通常情况下，对于混凝土结构复杂部位较背景暗，因此可以选择一个灰度阈值将物体区域分割开来；去燥二值化处理和养护液在混凝土表面情况的图像识别；

（6）最后将处理后的图像进行地址定位和标记，并存储在存储模块中，以便后期进行处理；

（7）药量监测模块实时监测药箱内的剩余药量，当药量不足时，驱动报警模块进行报警；

（8）定位模块进行待养护混凝土结构位置标记和养护机器人的轨迹记录，以便查询机器人喷射轨迹是否有遗漏。

本发明适用于不易洒水养护的异型或高大截面混凝土结构，比如高大的烟囱等，养护操作灵活、高效，爬壁混凝土养护机器人可沿待养护结构表面灵活移动，实现自动化养护操作，大大保障了操作人员的安全。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。