一种玻璃幕墙清洗机器人的视觉导航方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种玻璃幕墙清洗机器人的视觉导航方法及系统，其方法包括：获取待清洗玻璃幕墙的整体墙面图像信息和区域图像信息；对整体墙面图像信息和区域图像信息分别进行预处理和图像分析，并进行整体区域规划；将区域图像信息与整体墙面图像信息匹配，进行区域间越障规划；根据区域间越障规划的路径控制机器人运动。系统包括第一图像采集模块、图像处理模块、第二图像采集模块以及机器人运动控制模块。本发明通过不同角度和模式分别采集待清洗玻璃幕墙的整体墙面图像信息以区域图像信息，并对其进行分析处理，从而生成区域内路径规划以及区域间越障规划，以此来控制机器人的运动轨迹，最终实现机器人可以在多块玻璃面上连续工作。
【专利说明】
一种玻璃幕墙清洗机器人的视觉导航方法及系统
技术领域
[0001]本发明涉及机器人导航技术领域，尤其涉及一种玻璃幕墙清洗机器人的视觉导航方法及系统。
【背景技术】
[0002]玻璃幕墙是一种美观新颖的建筑墙体装饰方法，是现代主义高层建筑时代的显著特征，玻璃幕墙在为我们带来视觉享受的同时也为我们带来了一些麻烦，比如它的清洗。为将人们从危险的高空作业环境中解脱出来我们研发了一款幕墙清洗机器人，这款机器人需要工作在垂直的玻璃幕墙表面。机器人在垂直墙面的运动与在地面的运动有着一定的相似性，但更多地却是不同。通常玻璃幕墙可分为明框玻璃幕墙和隐框玻璃幕墙两类，特别是在有框玻璃幕墙的表面，如何安全准确地跨越障碍成为了制约机器人在玻璃幕墙表面连续大面积工作的瓶颈。
[0003]传统的地面导航方式大多采用GPS/惯性导航系统融合定位，其中，GPS用途广泛、精度高，但受环境影响大，而惯性导航系统则可以完全自主且频率高，但是噪声影响大。如果两者融合虽然可以有效利用各自的优势，取长补短，但是，在实际应用中，很多场合下GPS信号会受到遮挡而无法使用，进而导致系统整体定位精度下降很快，这一点与地面导航和垂直平面的导航有着相似性。同时这样的导航系统大多只能实现避障，也就是说机器人只能在一块玻璃表面不断的打转，从而难以实现对多块玻璃面的连续工作。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种玻璃幕墙清洗机器人的视觉导航方法及系统，用以解决现有技术中玻璃幕墙机器人难以在多块玻璃面上连续工作的问题。
[0005]为了实现上述目的，本发明的第一个方面是提供一种玻璃幕墙清洗机器人的视觉导航方法，包括如下步骤:
[0006]获取待清洗玻璃幕墙的整体墙面图像信息；
[0007]对整体墙面图像信息进行预处理和图像分析，并进行整体区域规划；
[0008]根据整体区域规划采集区域图像信息；
[0009]对区域图像信息进行预处理和图像分析，并与整体墙面图像信息匹配，进行区域间越障规划；
[0010]根据区域间越障规划的路径控制机器人运动。
[0011]进一步的，对整体墙面图像信息进行预处理和图像分析，并进行整体区域规划具体包括:
[0012]对整体墙面图像信息依次进行降噪、滤波、畸变矫正和尺寸还原的预处理；
[0013]再进行多图拼接、边缘分割、对象重建和人工辅助校正的图像分析；
[0014]最后进行整体区域规划。
[0015]进一步的，对区域图像信息进行预处理和图像分析，并与整体墙面图像信息匹配，进行区域间越障规划具体包括:
[0016]对区域图像信息依次进行降噪、滤波、畸变矫正和尺寸还原的预处理；
[0017]再进行边缘分割、对象重建，并与整体墙面图像信息进行匹配；
[0018]最后进行区域内路径规划以及区域间越障规划。
[0019]本发明的另一个方面是提供一种玻璃幕墙清洗机器人的视觉导航系统，包括:
[0020]第一图像采集模块，用于获取待清洗玻璃幕墙的整体墙面图像信息；
[0021]图像处理模块，用于对整体墙面图像信息进行预处理和图像分析，并进行整体区域规划；
[0022]第二图像采集模块，用于根据整体区域规划采集区域图像信息；
[0023]图像处理模块还用于对区域图像信息进行预处理和图像分析，并与整体墙面图像信息匹配，进行区域间越障规划；
[0024]机器人运动控制模块，用于根据区域间越障规划的路径控制机器人运动。
[0025]进一步的，图像处理模块具体包括:
[0026]图像预处理单元，用于对整体墙面图像信息依次进行降噪、滤波、畸变矫正和尺寸还原的预处理；
[0027]图像分析单元，用于进行多图拼接、边缘分割、对象重建和人工辅助校正的图像分析；
[0028]区域规划单元，用于进行整体区域规划。
[0029]进一步的，图像预处理单元还用于，对区域图像信息依次进行降噪、滤波、畸变矫正和尺寸还原的预处理；
[0030]图像分析单元还用于，进行边缘分割、对象重建，并与整体墙面图像信息进行匹配；
[0031]区域规划单元还用于，进行区域内路径规划以及区域间越障规划。
[0032]采用上述本发明技术方案的有益效果是:通过不同角度和模式分别采集待清洗玻璃幕墙的整体墙面图像信息以区域图像信息，并对其进行分析处理，从而生成区域内路径规划以及区域间越障规划，以此来控制机器人的运动轨迹，最终实现机器人可以在多块玻璃面上连续工作。
【附图说明】
[0033]图1为本发明玻璃幕墙清洗机器人的视觉导航系统的结构示意；
[0034]图2为本发明玻璃幕墙清洗机器人的视觉导航方法的流程图。
【具体实施方式】
[0035]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0036]本发明公开了一种玻璃幕墙清洗机器人的视觉导航系统，如图1所示，该系统可以包括第一图像采集模块10、第二图像采集模块20、图像处理模块30以及机器人运动控制模块40，其中:
[0037]第一图像采集模块10，用于获取待清洗玻璃幕墙的整体墙面图像信息；
[0038]图像处理模块30，用于对整体墙面图像信息进行预处理和图像分析，并进行整体区域规划；
[0039]第二图像采集模块20，用于根据整体区域规划采集区域图像信息；
[0040]图像处理模块30还用于对区域图像信息进行预处理和图像分析，并与整体墙面图像信息匹配，进行区域间越障规划；
[0041]机器人运动控制模块40，用于根据区域间越障规划的路径控制机器人运动。
[0042]在本实施例中，图像处理模块30具体还可以包括:
[0043]图像预处理单元31，用于对整体墙面图像信息以及区域图像信息依次进行降噪、滤波、畸变矫正和尺寸还原的预处理；
[0044]图像分析单元32，用于对整体墙面图像信息进行多图拼接、边缘分割、对象重建和人工辅助校正的图像分析;还用于对区域图像信息进行边缘分割、对象重建，并与整体墙面图像信息进行匹配；
[0045]区域规划单元33，用于进行整体区域规划以及进行区域内路径规划以及区域间越障规划。
[0046]具体的，在本发明实施例中，第一图像采集模块为地面图像采集模块，其可以包括相机架、视觉伺服装置和高速相机等。第二图像采集模块为机载图像采集模块，其设置在机载装置内，可以包括机载视觉伺服装置和高速相机等。图像处理模块可以设置在地面控制终端内，在地面控制终端与机载装置之间还设置有数据通信模块。在本实施例中，地面图像采集模块与地面控制终端相连，地面控制终端与数据通信模块相连，数据通信模块与机载装置内的机载数据通信单元相连，机载数据通信单元将控制信息发送到机器人运动控制模块。机载图像采集模块与机载数据通信单元相连，机载数据通信单元将采集的图像信息传送到数据通信模块，数据通信模块与地面控制终端相连，地面控制终端将处理完成的信息通过数据通信模块传送到机载数据通信单元，机载数据通信单元将接收到的信息发送到机器人运动控制模块，机器人运动控制模块接收机载数据通信单元传送来的数据，从而控制机器人的运动轨迹。
[0047]在本实施例中，具体的，地面控制终端对传入的图像进行图像预处理和图像智能分析，并通过处理所得信息进行智能路径规划，最终将规划路径信息发送给数据通信模块；数据通信模块接收地面控制终端的数据，并将其传送给机载数据通信单元或接收机载数据通信单元的图像信息传递给地面控制终端;机载数据通信单元则接收来自地面数据通讯模块的数据，并将其传递给机器人运动控制模块，或接收来自机载图像采集模块采集的图像信息，并将其传递给数据通信模块。
[0048]本发明还公开了一种玻璃幕墙清洗机器人的视觉导航方法，如图2所示，该方法可以包括如下步骤:
[0049]步骤S201，获取待清洗玻璃幕墙的整体墙面图像信息；
[0050]本发明实施例中，在开始工作前，由地面视觉伺服装置控制地面高速相机，采集到完整清晰的大楼墙面图像信息，可多次采集。
[0051]步骤S202，对整体墙面图像信息进行预处理和图像分析，并进行整体区域规划；
[0052]具体的，在本实施例中，将采集的图像传送到地面控制终端中，地面控制终端内的图像处理模块对其进行图像预处理，其包括降噪、滤波、畸变矫正、尺寸还原等;并进行图像智能分析，包括多图拼接、边缘分割、对象重建和人工辅助校正等;然后再进行整体区域规划，将首次整体区域规划的区域路径信息传送到地面数据通信模块，作为后续处理的参考
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[0053]步骤S203，根据整体区域规划采集区域图像信息；
[0054]机器人机载视觉伺服装置控制机载高速相机采集清晰的区域图像，将采集到的区域图像传送到机载数据通信单元，由机载数据通信单元将图像信息传送到地面数据通信模块，地面数据通信模块将图像信息传送至地面控制终端。
[0055]步骤S204，对区域图像信息进行预处理和图像分析，并与整体墙面图像信息匹配，进行区域间越障规划；
[0056]具体的，在本实施例中，由地面控制终端内的图像处理模块对采集的区域图像信息进行图像预处理，具体包括降噪、滤波、畸变矫正和尺寸还原等;并进行图像智能分析，包括边缘分割、对象重建，并与整体墙面图像信息进行匹配;最后进行区域内路径规划以及区域间越障规划。
[0057]步骤S205，根据区域间越障规划的路径控制机器人运动。
[0058]在本发明实施例中，正常工作中地面视觉伺服装置，控制地面高速相机追踪机器人，并定时采集图像，采集的图像传送至地面控制终端进行图像预处理用于作为整体、区域图像匹配的参考信息，并结合通过区域图像信息分析处理获得的区域内路径规划以及区域间越障规划，从而由机器人控制模块控制机器人运动，实现机器人可以在多块玻璃面上连续工作。
[0059]本发明通过不同角度和模式分别采集待清洗玻璃幕墙的整体墙面图像信息以区域图像信息，并对其进行分析处理，从而生成区域内路径规划以及区域间越障规划，以此来控制机器人的运动轨迹，最终实现机器人可以在多块玻璃面上连续工作。
[0060]本领域普通技术人员可以理解:实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤;而前述的存储介质包括:R0M、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0061]最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
【主权项】
1.一种玻璃幕墙清洗机器人的视觉导航方法，其特征在于，包括如下步骤: 获取待清洗玻璃幕墙的整体墙面图像信息； 对所述整体墙面图像信息进行预处理和图像分析，并进行整体区域规划； 根据所述整体区域规划采集区域图像信息； 对所述区域图像信息进行预处理和图像分析，并与所述整体墙面图像信息匹配，进行区域间越障规划； 根据所述区域间越障规划的路径控制机器人运动。2.根据权利要求1所述的玻璃幕墙清洗机器人的视觉导航方法，其特征在于，所述对所述整体墙面图像信息进行预处理和图像分析，并进行整体区域规划具体包括: 对所述整体墙面图像信息依次进行降噪、滤波、畸变矫正和尺寸还原的预处理； 再进行多图拼接、边缘分割、对象重建和人工辅助校正的图像分析； 最后进行整体区域规划。3.根据权利要求1或2所述的玻璃幕墙清洗机器人的视觉导航方法，其特征在于，所述对所述区域图像信息进行预处理和图像分析，并与所述整体墙面图像信息匹配，进行区域间越障规划具体包括: 对所述区域图像信息依次进行降噪、滤波、畸变矫正和尺寸还原的预处理； 再进行边缘分割、对象重建，并与所述整体墙面图像信息进行匹配； 最后进行区域内路径规划以及区域间越障规划。4.一种玻璃幕墙清洗机器人的视觉导航系统，其特征在于，包括: 第一图像采集模块，用于获取待清洗玻璃幕墙的整体墙面图像信息； 图像处理模块，用于对所述整体墙面图像信息进行预处理和图像分析，并进行整体区域规划； 第二图像采集模块，用于根据所述整体区域规划采集区域图像信息； 所述图像处理模块还用于对所述区域图像信息进行预处理和图像分析，并与所述整体墙面图像信息匹配，进行区域间越障规划； 机器人运动控制模块，用于根据所述区域间越障规划的路径控制机器人运动。5.根据权利要求4所述的玻璃幕墙清洗机器人的视觉导航系统，其特征在于，所述图像处理模块具体包括: 图像预处理单元，用于对所述整体墙面图像信息依次进行降噪、滤波、畸变矫正和尺寸还原的预处理； 图像分析单元，用于进行多图拼接、边缘分割、对象重建和人工辅助校正的图像分析； 区域规划单元，用于进行整体区域规划。6.根据权利要求5所述的玻璃幕墙清洗机器人的视觉导航系统，其特征在于， 所述图像预处理单元还用于，对所述区域图像信息依次进行降噪、滤波、畸变矫正和尺寸还原的预处理； 所述图像分析单元还用于，再进行边缘分割、对象重建，并与所述整体墙面图像信息进行匹配； 所述区域规划单元还用于，进行区域内路径规划以及区域间越障规划。
【文档编号】G01C21/00GK105892467SQ201610339803
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年5月22日
【发明人】张宏
【申请人】昆山伊娃机器人有限公司