玻璃幕墙机器人视觉系统的制作方法

本实用新型涉及机器人技术领域，尤其涉及的是一种玻璃幕墙机器人视觉系统。

背景技术：

现代大型建筑大多偏爱采用玻璃幕墙、玻璃顶，中国每年新建幕墙达9000万平方米。这带动了幕墙玻璃清洁行业的发展，目前主要还是依靠人工进行清洁。而随着玻璃材质在建筑中的应用前景将愈加广泛，清洁行业也将随之发展。

目前的清洁主要依靠“蜘蛛人”，他们通过绑在身上的两根绳子来保护工作中的人身安全，一根是主绳，用于控制升降，另一条是保险绳，用于系在身上的安全背心上，还有就是清洗玻璃幕墙时用吸盘固定位置，更为安全。但“蜘蛛人”清洁玻璃时坠楼的意外却时常见报。每年因为高空清洁坠亡的人数并非小数目，除了安全问题，采用人工清洗还存在成本高、费用大等缺陷。

目前也涌现了一些采用幕墙机器人，可以取代人工清洗，然而，机器人在高空中作业时，需要不断地进行移动，但是不像人工那样可以判断与玻璃幕墙之间的距离，以及到底是窗框还是玻璃，如果不进行视觉引导会导致清洗对象错误、降低清洗效率、破坏玻璃幕墙等问题。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种玻璃幕墙机器人视觉系统，可以对机器人的移动进行引导。

为解决上述问题，本实用新型提出一种玻璃幕墙机器人视觉系统，包括：机器人本体及设置在所述机器人本体上的移动机构、红外调制发射器、红外接收装置、光斑检测模块和控制器；

所述移动机构用以带动所述机器人本体进行移动；所述红外调制发射器连接所述控制器，在所述控制器的控制指令下发射红外光；所述红外接收装置连接所述光斑检测模块，接收红外光生成图像数据，并将图像数据传输至所述光斑检测模块；所述光斑检测模块连接所述控制器，接收所述图像数据，检测图像数据中是否存在光斑，将检测结果传输至所述控制器；所述控制器根据所述检测结果控制所述移动机构带动机器人本体移动。

根据本实用新型的一个实施例，还包括时间飞行深度计算模块，设置在所述机器人本体上，连接所述红外调制发射器、红外接收装置及控制器；

所述时间飞行计算模块根据所述红外调制发射器的发射光及所述红外接收装置接收的入射光之间的相位差确定深度数据，并将所述深度数据传输至所述控制器；

所述控制器根据所述深度数据控制所述移动机构带动机器人本体移动。

根据本实用新型的一个实施例，所述移动机构为三维移动机构；所述控制器根据所述检测结果控制所述三维移动机构带动机器人本体在玻璃幕墙的表面或其平行平面内的移动；所述控制器根据所述深度数据控制所述三维移动机构在垂直于玻璃幕墙的方向上移动。

根据本实用新型的一个实施例，所述控制器根据检测结果是否存在光斑而确定检测区域中的窗框区域和玻璃区域，并控制所述移动机构带动机器人本体在玻璃区域内移动。

根据本实用新型的一个实施例，还包括光学摄像头，与所述红外接收装置朝向相同地设置在所述机器人本体上，用以拍摄检测区域生成视频数据，将所述视频数据传输至控制器，以为所述机器人本体的移动进行导航。

根据本实用新型的一个实施例，还包括接口芯片及服务器，所述接口芯片设置在所述机器人本体上，连接所述控制器和服务器，实现所述控制器与服务器之间的数据传输。

根据本实用新型的一个实施例，所述红外接收装置包括前后设置的红外感光镜头和微透镜阵列；所述红外感光镜头用以聚焦所述红外光；所述微透镜阵列用以接收所述红外感光镜头聚焦的红外光。

根据本实用新型的一个实施例，还包括清洗装置，设置在所述机器人本体上，连接所述控制器，受控于所述控制器而在所述机器人本体根据所述检测结果受控移动时对玻璃幕墙进行喷射清洗。

根据本实用新型的一个实施例，还包括电源模块，设置在所述机器人本体上，用以为系统进行供电。

采用上述技术方案后，本实用新型相比现有技术具有以下有益效果：

通过红外调制发射器、红外接收装置的配合，实现红外光向玻璃幕墙的发射与反射，并通过光斑检测模块检测反射回来的图像数据，由于反射平面玻璃的特殊性，如果反射回来的图像上存在光斑则说明是玻璃区域，否则就是窗框区域，如此可以界定需移动、清洗的区域，控制器通过检测结果便可以控制移动机构将机器人本体移动至玻璃区域，从而可以避免盲目清洗或者乱移动导致撞坏玻璃的问题。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的玻璃幕墙机器人视觉系统的结构框图；

图2为本实用新型另一实施例的玻璃幕墙机器人视觉系统的结构示意图；

图3为本实用新型又一实施例的玻璃幕墙机器人视觉系统的结构框图；

图4为本实用新型一实施例的红外图像带光斑的示意图。

图中标记说明：

1-红外调制发射器，2-红外接收装置，3-光斑检测模块，4-控制器，5-移动机构，6-飞行深度计算模块，7-光学摄像头，8-接口芯片，9-服务器，10-清洗装置，100-玻璃幕墙。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施的限制。

参看图1和图2，玻璃幕墙机器人视觉系统包括：机器人本体(图中未示出)及设置在机器人本体上的移动机构5、红外调制发射器1、红外接收装置2、光斑检测模块3和控制器4。

机器人本体的构造可以是任意幕墙清洗机器人本体，红外调制发射器1、红外接收装置2、光斑检测模块3和控制器4可以作为一个整体结构安装在机器人本体上，可以理解，至少在机器人本体工作过程中，红外调制发射器1、红外接收装置2在机器人本体的安装方向是朝向玻璃幕墙的，从而可以使得红外调制发射器1发射向玻璃幕墙100的红外光可以在玻璃幕墙的反射下被红外接收装置2接收。

移动机构5用以带动机器人本体进行移动。移动机构5具体不限，只要能够在控制器4的控制下带动机器人本体按照需要的移动轨迹移动即可，移动机构5例如是安全绳索爬行机构、飞行机构、轮式机构、轨式机构等等。

红外调制发射器1连接控制器4，在控制器4的控制指令下发射红外光。红外调制发射器1将调制到需要的相位及波长的红外光朝着玻璃幕墙100发射。波长优选是940nm或945nm，误差范围可以在0.1～0.2nm。

红外接收装置2连接光斑检测模块3，接收玻璃幕墙100反射的红外光，生成图像数据，并将图像数据传输至光斑检测模块3，由于玻璃幕墙100上有玻璃，光线垂直射向玻璃的时候，正对玻璃方向的光线无法反射回来，因此没有信号，而周围一圈完全反射回来，形成一圈光斑，这个光斑可以作为判断玻璃是否存在的标志。

光斑检测模块3可以是现有的检测图像中光斑的技术，例如，可以根据图像中各个像素点的亮度值进行划分，当相邻的一定数量的像素点的亮度值高于预设亮度值时，便认为存在光斑。

优选的，红外接收装置2包括前后设置的红外感光镜头和微透镜阵列。红外感光镜头用以收集聚焦红外光，当然也起到波段过滤的作用。微透镜阵列用以接收红外感光镜头聚焦的红外光，生成红外图像数据。当然，也可以是其他的红外接收装置。

在图1中显示的红外光的发射光与反射光之间的角度是为了更好地区别示出入射光与反射光，实际上，红外调制发射器1的发射光是基本垂直射到玻璃幕墙上，而反射光也基本是垂直返回到红外接收装置2中的，可以理解，红外调制发射器1和红外接收装置2在不影响光线传输的基础上间距越近越好。

光斑检测模块3连接控制器4。光斑检测模块3接收红外接收装置2的图像数据，检测图像数据中是否存在光斑，参看图4，根据前述光斑产生原理可知，若存在光斑即表明该检测区域是玻璃区域，而若不存在光斑则表明该检测区域是窗框区域，如此根据检测结果便可控制机器人本体的移动到需要的地方。光斑检测模块3将检测结果传输至控制器4，控制器4根据检测结果控制移动机构5带动机器人本体移动。

通过红外调制发射器1、红外接收装置2的配合，实现红外光向玻璃幕墙100的发射与反射，并通过光斑检测模块3检测反射回来的图像数据，由于反射平面玻璃的特殊性，如果反射回来的图像上存在光斑则说明是玻璃区域，否则就是窗框区域，如此可以界定需移动、清洗的区域，控制器4通过检测结果便可以控制移动机构5将机器人本体移动至玻璃区域，从而可以避免盲目清洗或者乱移动导致撞坏玻璃的问题。

优选的，控制器4根据检测结果是否存在光斑而确定检测区域中的窗框区域和玻璃区域，并控制移动机构5带动机器人本体在玻璃区域内移动。

在一个实施例中，参看图3，玻璃幕墙机器人视觉系统还可以包括时间飞行深度计算模块6，设置在机器人本体上，连接红外调制发射器1、红外接收装置2及控制器4。

时间飞行计算模块6根据红外调制发射器1的发射光及红外接收装置2接收的入射光之间的相位差确定深度数据，并将深度数据传输至控制器4。控制器4根据深度数据控制移动机构5带动机器人本体移动。当然，深度数据与检测结果对移动的控制互不影响，两者均可以作为控制移动的因素。时间飞行计算模块6的深度算法为现有的时间飞行算法，因而在此不再赘述。

优选的，移动机构5为三维移动机构，可以在空间直角坐标系X、Y、Z轴方向。控制器根据检测结果控制三维移动机构带动机器人本体在玻璃幕墙100的表面或其平行平面内的移动。控制器根据深度数据控制三维移动机构在垂直于玻璃幕墙100的方向上移动。检测结果是用来指导机器人本体在玻璃幕墙表面或者平行于玻璃幕墙表面的平面内移动，而深度数据是用来指导机器人本体是靠近玻璃幕墙100或远离玻璃幕墙100的移动，因而，根据检测结果和深度数据两者的控制可以同时进行，也可以分开进行。

在一个实施例中，参看图2和图3，玻璃幕墙机器人视觉系统还可以包括光学摄像头7，可以与红外接收装置2并排相邻设置。光学摄像头7与红外接收装置2朝向相同地设置在机器人本体上，用以拍摄检测区域生成视频数据，将视频数据传输至控制器4，以为机器人本体的移动进行导航。光学摄像头7与红外接收装置2的检测区域重合或相同。

光学摄像头7拍摄到的视频数据用来辅助判断是窗框区域还是玻璃区域，可以通过图像边缘检测识别技术来将窗框等检测出来，但是如果仅仅依靠光学摄像头7的视频数据，则无法保证检测出来的一定是窗框，也有可能是贴附在玻璃上的纸条等物体，因而可以作为前述红外光斑检测结果控制移动的基础上，来辅助判断窗框进行移动的导引配合。

在一个实施例中，继续参看图，3，玻璃幕墙机器人视觉系统还可以包括接口芯片8及服务器9。接口芯片8例如是USB接口芯片，当然不限于此。接口芯片8设置在机器人本体上，连接控制器4和服务器9，实现控制器4与服务器9之间的数据传输。将深度数据、视频数据等传输到服务器9，可以供其他终端进行调取显示等，便于下次操作的导引。

在一个实施例中，继续参看图3，玻璃幕墙机器人视觉系统还可以包括清洗装置10。清洗装置10设置在机器人本体上，连接控制器4，受控于控制器4而在机器人本体根据检测结果受控移动时对玻璃幕墙100进行喷射清洗。清洗装置10可以是现有的清洗装置，只要能在控制器4的控制下进行喷射清洗即可，保证根据检测结果进行移动的同时对玻璃区域进行清洗。

在一个实施例中，玻璃幕墙机器人视觉系统还可以包括电源模块(图中未示出)。电源模块设置在机器人本体上，用以为系统进行供电，可以连接系统上各个需要用电的器部件。

本实用新型虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本实用新型的保护范围应当以本实用新型权利要求所界定的范围为准。