纺织车间智能抄表机器人的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种纺织车间智能抄表机器人，包括无线收发接口、定位设备、机器人驱动设备、智能抄表设备和单片机，无线收发接口与定位设备连接以无线发送定位设备实时确定的机器人当前位置，还与机器人驱动设备连接以基于无线接收的驱动控制信号控制机器人驱动设备，机器人驱动设备用于根据驱动控制信号驱动机器人到抄表位置，智能抄表设备用于采集、识别抄表位置处的纺织车间仪表的当前读数，单片机与无线收发接口和智能抄表设备分别连接，用于将当前读数转发给无线收发接口以进行无线发送。通过本发明，能够替代繁琐的人工读表操作，自动对纺织车间内部各种仪表设备进行智能化读表。
【专利说明】纺织车间智能抄表机器人
【技术领域】
[0001]本发明涉及纺织车间监控领域，尤其涉及一种纺织车间智能抄表机器人。
【背景技术】
[0002]纺织车间是指用机械制造生产资料或生活资料的大型厂房，是纺织原料加工制造的场所。纺织原料包括棉花、羊绒、羊毛、蚕茧丝、化学纤维、羽毛、羽绒等。纺织业的下游产业主要有服装业、家用纺织品、产业用纺织品等。纺织业细分下来包括棉纺织、化纤、麻纺织、毛纺织、丝绸、纺织品针织行业、印染业等。纺织行业是人们衣食住行中衣物的最主要制造来源，其兴衰关系着国民生计。
[0003]自动化生产的大趋势下，尤其在当前信息化产业的发展浪潮中，纺织行业为了节省人力成本，同时为了提高纺织业操作精度，提高劳动效率，逐渐将纺织操作和管理由人控转为机控，除了更加关注于纺织设备自动化以外，通过使用设备完成现场动作、管理方采用远程操控的形式，减少纺织车间的人员进出，从而进一步提高纺织品的质量。
[0004]现有技术中，纺织设备的远程控制还主要集中在纺织设备的纺织操作控制上，对于纺织设备的仪表读数的抄读还是采用人工方式进行，这样，由于仪表的读数的变化是实时且多变的，需要抄表人员频繁进入纺织车间，带来的额外的静电和灰尘，对纺织品的质量起到一定的影响。
[0005]因此，需要一种纺织车间机器人，替代传统的人工抄表模式，对纺织车间内的各种仪表设备进行智能化抄表，同时能够集成一些纺织车间的参数监控功能，从而保证纺织品的品质。
【发明内容】
[0006]为了解决上述问题，本发明提供了一种纺织车间智能抄表机器人，改造现有的依赖人工的抄表模式，引用定位技术和图像采集识别技术，对纺织车间现场的各类仪表都能进行自动化读表，其中采用的仪表类型识别技术覆盖了所有类型的现场仪表，同时集成了温度和湿度监控和报警设备，减少纺织车间内的人员频繁进出，提高了纺织车间设备控制的智能化水平。
[0007]根据本发明的一方面，提供了一种纺织车间智能抄表机器人，所述机器人包括无线收发接口、定位设备、机器人驱动设备、智能抄表设备和单片机，所述无线收发接口与所述定位设备连接以无线发送所述定位设备实时确定的机器人当前位置，还与所述机器人驱动设备连接以基于无线接收的驱动控制信号控制所述机器人驱动设备，所述机器人驱动设备用于根据所述驱动控制信号驱动所述机器人到抄表位置，所述智能抄表设备用于采集、识别所述抄表位置处的纺织车间仪表的当前读数，所述单片机与所述无线收发接口和所述智能抄表设备分别连接，用于将所述当前读数转发给所述无线收发接口以进行无线发送。
[0008]更具体地，在所述纺织车间智能抄表机器人中，还包括:USB通信接口，用于插入外部U盘，接收所述外部U盘内置的各种纺织车间仪表的图像模板，每一种纺织车间仪表的图像模板包括对应类型仪表的图像轮廓、最大值位置、零值位置和指针形状；存储设备，与所述USB通信接口连接，以接收所述各种纺织车间仪表的图像模板，还用于存储仪表上限灰度阈值、仪表下限灰度阈值、预定温度范围和预定湿度范围，所述仪表上限灰度阈值和所述仪表下限灰度阈值用于将图像中的纺织车间仪表和背景分离；温湿度检测设备，包括温度检测器和湿度检测器，用于分别检测所述机器人当前位置的实时温度和实时湿度；所述机器人驱动设备包括电机驱动器、直流电机和两个驱动轮，所述电机驱动器与所述无线收发接口连接以接收所述驱动控制信号并将所述驱动控制信号转换为电机驱动信号，所述直流电机与所述电机驱动器和所述两个驱动轮分别连接，用于在所述电机驱动信号的控制下运转，为所述两个驱动轮提供驱动动力；所述智能抄表设备包括图像采集器和图像处理器，所述图像采集器用于采集所述抄表位置处的纺织车间仪表的仪表图像，所述图像处理器与所述图像采集器和所述存储设备分别连接，用于基于所述仪表图像识别所述抄表位置处的纺织车间仪表的当前读数；所述图像处理器包括对比度增强单元、灰度处理单元、自适应递归滤波单元、仪表图像分割单元、仪表类型匹配单元和仪表读数识别单元，所述对比度增强单元与所述图像采集器连接，以对所述仪表图像执行对比度增强处理，输出增强图像，所述灰度处理单元与所述对比度增强单元连接，以对所述增强图像执行灰度化处理，输出灰度图像，所述自适应递归滤波单元与所述灰度处理单元连接，以对所述灰度图像执行自适应递归滤波，输出滤波图像，所述仪表图像分割单元与所述自适应递归滤波单元和所述存储设备分别连接，以将滤波图像中灰度值在所述仪表上限灰度阈值和所述仪表下限灰度阈值之间的像素识别并组成仪表子图像，所述仪表类型匹配单元与所述仪表图像分割单元和所述存储设备分别连接，在所述存储设备所存储的各种纺织车间仪表的图像模板中寻找与所述仪表子图像匹配的目标仪表图像模板，所述仪表读数识别单元与所述仪表类型匹配单元和所述仪表图像分割单元分别连接，基于所述目标仪表图像模板和所述仪表子图像确定并输出当前读数；所述单片机的型号为PIC16F946，与所述存储设备、所述温湿度检测设备和所述图像处理器分别连接，在所述实时温度超出所述预定温度范围时，发出温度过限报警信号，在所述实时湿度超出所述预定湿度范围时，发出湿度过限报警信号，并接收所述当前读数以转发给所述无线收发接口；其中，所述两个驱动轮为所述机器人的两个后轮，所述机器人还包括两个前轮，所述两个前轮为两个万向轮，所述对比度增强单元、所述灰度处理单元、所述自适应递归滤波单元、所述仪表图像分割单元、所述仪表类型匹配单元和所述仪表读数识别单元分别采用独立的FPGA器件来实现，所述无线收发接口将所述机器人当前位置和所述当前读数无线发送给远端的纺织车间管理平台，并从所述纺织车间管理平台处无线接收所述驱动控制信号；所述基于所述目标仪表图像模板和所述仪表子图像确定并输出当前读数包括，根据所述目标仪表图像模板中的指针形状在所述仪表子图像中寻找指针在所述仪表子图像中表盘的位置，并基于所述目标仪表图像模板和所述仪表子图像的对应关系将所述指针在所述仪表子图像中表盘的位置映射到所述指针在所述目标仪表图像模板中表盘的位置，并基于所述指针在所述目标仪表图像模板中表盘的位置、所述目标仪表图像模板中的最大值位置和所述目标仪表图像模板中的零值位置确定所述当前读数。
[0009]更具体地，在所述纺织车间智能抄表机器人中，还包括:用户输入设备，用于根据用户的操作，输入所述预定温度范围和所述预定湿度范围，还与所述存储设备连接以将所述预定温度范围和所述预定湿度范围输入到所述存储设备。
[0010]更具体地，在所述纺织车间智能抄表机器人中，所述存储设备为静态存储器。
[0011]更具体地，在所述纺织车间智能抄表机器人中，所述用户输入设备为触摸屏或键盘。
[0012]更具体地，在所述纺织车间智能抄表机器人中，还包括:静电检测仪，用于实时检测纺织车间内的纺织设备的静电数值，还与所述无线收发接口连接以无线发送所述静电数值。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中:
[0014]图1为根据本发明实施方案示出的纺织车间智能抄表机器人的结构方框图。
[0015]图2为根据本发明实施方案示出的纺织车间智能抄表机器人的图像处理器的结构方框图。
【具体实施方式】
[0016]下面将参照附图对本发明的纺织车间智能抄表机器人的实施方案进行详细说明。
[0017]纺织原意是取自纺纱与织布的总称，但是随着纺织知识体系和学科体系的不断发展和完善，特别是非织造纺织材料和三维复合编织等技术产生后，纺织不仅是传统的纺纱和织布，也包括无纺布技术，三维编织技术，静电纳米成网技术等，所以，现代纺织是指一种纤维或纤维集合体的多尺度结构加工技术。
[0018]纺织技术具有非常悠久的历史，早在原始社会时期，古人为了适应气候的变化，已懂得就地取材，利用自然资源作为纺织和印染的原料，以及制造简单的纺织工具。直至今天，我们日常的衣、某些生活用品和艺术品都是纺织和印染技术的产物。
[0019]纺织车间是生产纺织产品的场所，因纺织车间生产环境高温潮湿，条件较为恶劣，用工问题已成为纺织行业的瓶颈。用机器人作业取代人工作业，已成为纺织行业可持续发展的重要因素之一，经验证明，纺织机器人操作准确率较高，可长时间准确操作，消除了因人为因素在生产中产生的消极影响，将从根本上解决操作精度问题，从而彻底解决质量问题。
[0020]然而，现有技术中的纺织机器人主要是纺织设备操控机器人，而缺少能够对纺织车间现场的各类仪表进行读数的读表机器人，因而，还需要频繁的人员进入纺织车间，给纺织品的质量带来一定影响。。
[0021]本发明的纺织车间智能抄表机器人，不仅在纺织车间的一些环境参数如湿度和温度进行了报警监控，最主要的是，利用独特的仪表匹配技术和仪表读数技术，对现场仪表的实时数据实现了全覆盖式读取，提高了纺织车间设备操控的自动化水平。
[0022]图1为根据本发明实施方案示出的纺织车间智能抄表机器人的结构方框图，所述机器人包括:无线收发接口 1、定位设备2、机器人驱动设备3、智能抄表设备4和单片机5，所述无线收发接口 I与所述定位设备2连接以无线发送所述定位设备2实时确定的机器人当前位置，还与所述机器人驱动设备3连接以基于无线接收的驱动控制信号控制所述机器人驱动设备3，所述机器人驱动设备3用于根据所述驱动控制信号驱动所述机器人到抄表位置，所述智能抄表设备4用于采集、识别所述抄表位置处的纺织车间仪表的当前读数，所述单片机5与所述无线收发接口 I和所述智能抄表设备4分别连接，用于将所述当前读数转发给所述无线收发接口以进行无线发送，所述单片机5还与所述定位设备2和所述机器人驱动设备3分别连接以实现对所述定位设备2和所述机器人驱动设备3的控制。
[0023]接着，继续对本发明的纺织车间智能抄表机器人的具体结构进行进一步的说明。
[0024]所述机器人还包括:USB通信接口，用于插入外部U盘，接收所述外部U盘内置的各种纺织车间仪表的图像模板，每一种纺织车间仪表的图像模板包括对应类型仪表的图像轮廓、最大值位置、零值位置和指针形状。
[0025]所述机器人还包括:存储设备，与所述USB通信接口连接，以接收所述各种纺织车间仪表的图像模板，还用于存储仪表上限灰度阈值、仪表下限灰度阈值、预定温度范围和预定湿度范围，所述仪表上限灰度阈值和所述仪表下限灰度阈值用于将图像中的纺织车间仪表和背景分离。
[0026]所述机器人还包括:温湿度检测设备，包括温度检测器和湿度检测器，用于分别检测所述机器人当前位置的实时温度和实时湿度。
[0027]所述机器人驱动设备3包括电机驱动器、直流电机和两个驱动轮，所述电机驱动器与所述无线收发接口I连接以接收所述驱动控制信号并将所述驱动控制信号转换为电机驱动信号，所述直流电机与所述电机驱动器和所述两个驱动轮分别连接，用于在所述电机驱动信号的控制下运转，为所述两个驱动轮提供驱动动力。
[0028]所述智能抄表设备4包括图像采集器和图像处理器，所述图像采集器用于采集所述抄表位置处的纺织车间仪表的仪表图像，所述图像处理器与所述图像采集器和所述存储设备分别连接，用于基于所述仪表图像识别所述抄表位置处的纺织车间仪表的当前读数。
[0029]参照图2所示，所述图像处理器包括对比度增强单元6、灰度处理单元7、自适应递归滤波单元8、仪表图像分割单元9、仪表类型匹配单元10和仪表读数识别单元11，所述对比度增强单元6与所述图像采集器连接，以对所述仪表图像执行对比度增强处理，输出增强图像，所述灰度处理单元7与所述对比度增强单元6连接，以对所述增强图像执行灰度化处理，输出灰度图像，所述自适应递归滤波单元8与所述灰度处理单元7连接，以对所述灰度图像执行自适应递归滤波，输出滤波图像，所述仪表图像分割单元9与所述自适应递归滤波单元8和所述存储设备分别连接，以将滤波图像中灰度值在所述仪表上限灰度阈值和所述仪表下限灰度阈值之间的像素识别并组成仪表子图像，所述仪表类型匹配单元10与所述仪表图像分割单元9和所述存储设备分别连接，在所述存储设备所存储的各种纺织车间仪表的图像模板中寻找与所述仪表子图像匹配的目标仪表图像模板，所述仪表读数识别单元11与所述仪表类型匹配单元10和所述仪表图像分割单元9分别连接，基于所述目标仪表图像模板和所述仪表子图像确定并输出当前读数。
[0030]所述单片机5的型号为PIC16F946，与所述存储设备、所述温湿度检测设备和所述图像处理器分别连接，在所述实时温度超出所述预定温度范围时，发出温度过限报警信号，在所述实时湿度超出所述预定湿度范围时，发出湿度过限报警信号，并接收所述当前读数以转发给所述无线收发接口 I。
[0031]其中，所述两个驱动轮为所述机器人的两个后轮，所述机器人还包括两个前轮，所述两个前轮为两个万向轮，所述对比度增强单元6、所述灰度处理单元7、所述自适应递归滤波单元8、所述仪表图像分割单元9、所述仪表类型匹配单元10和所述仪表读数识别单元11分别采用独立的FPGA器件来实现；所述无线收发接口 I将所述机器人当前位置和所述当前读数无线发送给远端的纺织车间管理平台，并从所述纺织车间管理平台处无线接收所述驱动控制信号。
[0032]其中，所述仪表读数识别单元11执行的、所述基于所述目标仪表图像模板和所述仪表子图像确定并输出当前读数包括:根据所述目标仪表图像模板中的指针形状在所述仪表子图像中寻找指针在所述仪表子图像中表盘的位置，并基于所述目标仪表图像模板和所述仪表子图像的对应关系将所述指针在所述仪表子图像中表盘的位置映射到所述指针在所述目标仪表图像模板中表盘的位置，并基于所述指针在所述目标仪表图像模板中表盘的位置、所述目标仪表图像模板中的最大值位置和所述目标仪表图像模板中的零值位置确定所述当前读数。
[0033]其中，在所述机器人中，还可以包括用户输入设备，用于根据用户的操作，输入所述预定温度范围和所述预定湿度范围，所述用户输入设备还与所述存储设备连接以将所述预定温度范围和所述预定湿度范围输入到所述存储设备，所述存储设备可选为静态存储器，所述用户输入设备可选为触摸屏或键盘，所述机器人中还可以包括静电检测仪，用于实时检测纺织车间内的纺织设备的静电数值，所述静电检测仪还可以与所述无线收发接口 I连接以无线发送所述静电数值。
[0034]另外，机器人(Robot)是自动执行工作的机器装置。他既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。他的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。
[0035]机器人本体，其臂部一般采用空间开链连杆机构，其中的运动副(转动副或移动畐IJ)常称为关节，关节个数通常即为机器人的自由度数。根据关节配置型式和运动坐标形式的不同，机器人执行机构可分为直角坐标式、圆柱坐标式、极坐标式和关节坐标式等类型。出于拟人化的考虑，常将机器人本体的有关部位分别称为基座、腰部、臂部、腕部、手部(夹持器或末端执行器)和行走部(对于移动机器人)等。
[0036]随着计算机技术和人工智能技术的飞速发展，使机器人在功能和技术层次上有了很大的提高，移动机器人和机器人的视觉和触觉等技术就是典型的代表。由于这些技术的发展，推动了机器人概念的延伸。80年代，将具有感觉、思考、决策和动作能力的系统称为智能机器人，这是一个概括的、含义广泛的概念。这一概念不但指导了机器人技术的研宄和应用，而且又赋予了机器人技术向深广发展的巨大空间。当前机器人的应用面越来越宽。横向上，由95%的工业应用扩展到更多领域的非工业应用。像做手术、采摘水果、剪枝、巷道掘进、侦查、排雷，还有空间机器人、潜海机器人。机器人应用无限制，只要能想到的，就可以去创造实现；纵向上，机器人的种类会越来越多，像进入人体的微型机器人，已成为一个新方向，可以小到像一个米粒般大小；机器人智能化得到加强，机器人会更加聪明。
[0037]各种用途的机器人相继问世，许多梦想成为了现实。将机器人的技术(如传感技术、智能技术、控制技术等)扩散和渗透到各个领域形成了各式各样的新机器，例如机器人化机器。当前与信息技术的交互和融合又产生了 “软件机器人”、“网络机器人”的名称，这也说明了机器人所具有的创新活力。
[0038]采用本发明的纺织车间智能抄表机器人，针对现有纺织车间对机器自动化的改装主要集中在纺织设备而缺乏对抄表机制改进的技术问题，通过定位技术、图像技术和控制技术搭建了一个能够自动定位、智能化读表且能够兼容纺织车间环境监测报警设备的机器人系统，减少了人工操作和人员对纺织品质量的影响，也减少了人工成本。
[0039]可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，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做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
【权利要求】
1.一种纺织车间智能抄表机器人，其特征在于，所述机器人包括无线收发接口、定位设备、机器人驱动设备、智能抄表设备和单片机，所述无线收发接口与所述定位设备连接以无线发送所述定位设备实时确定的机器人当前位置，还与所述机器人驱动设备连接以基于无线接收的驱动控制信号控制所述机器人驱动设备，所述机器人驱动设备用于根据所述驱动控制信号驱动所述机器人到抄表位置，所述智能抄表设备用于采集、识别所述抄表位置处的纺织车间仪表的当前读数，所述单片机与所述无线收发接口和所述智能抄表设备分别连接，用于将所述当前读数转发给所述无线收发接口以进行无线发送。
2.如权利要求1所述的纺织车间智能抄表机器人，其特征在于，所述机器人还包括: USB通信接口，用于插入外部U盘，接收所述外部U盘内置的各种纺织车间仪表的图像模板，每一种纺织车间仪表的图像模板包括对应类型仪表的图像轮廓、最大值位置、零值位置和指针形状； 存储设备，与所述USB通信接口连接，以接收所述各种纺织车间仪表的图像模板，还用于存储仪表上限灰度阈值、仪表下限灰度阈值、预定温度范围和预定湿度范围，所述仪表上限灰度阈值和所述仪表下限灰度阈值用于将图像中的纺织车间仪表和背景分离； 温湿度检测设备，包括温度检测器和湿度检测器，用于分别检测所述机器人当前位置的实时温度和实时湿度； 所述机器人驱动设备包括电机驱动器、直流电机和两个驱动轮，所述电机驱动器与所述无线收发接口连接以接收所述驱动控制信号并将所述驱动控制信号转换为电机驱动信号，所述直流电机与所述电机驱动器和所述两个驱动轮分别连接，用于在所述电机驱动信号的控制下运转，为所述两个驱动轮提供驱动动力； 所述智能抄表设备包括图像采集器和图像处理器，所述图像采集器用于采集所述抄表位置处的纺织车间仪表的仪表图像，所述图像处理器与所述图像采集器和所述存储设备分别连接，用于基于所述仪表图像识别所述抄表位置处的纺织车间仪表的当前读数； 所述图像处理器包括对比度增强单元、灰度处理单元、自适应递归滤波单元、仪表图像分割单元、仪表类型匹配单元和仪表读数识别单元，所述对比度增强单元与所述图像采集器连接，以对所述仪表图像执行对比度增强处理，输出增强图像，所述灰度处理单元与所述对比度增强单元连接，以对所述增强图像执行灰度化处理，输出灰度图像，所述自适应递归滤波单元与所述灰度处理单元连接，以对所述灰度图像执行自适应递归滤波，输出滤波图像，所述仪表图像分割单元与所述自适应递归滤波单元和所述存储设备分别连接，以将滤波图像中灰度值在所述仪表上限灰度阈值和所述仪表下限灰度阈值之间的像素识别并组成仪表子图像，所述仪表类型匹配单元与所述仪表图像分割单元和所述存储设备分别连接，在所述存储设备所存储的各种纺织车间仪表的图像模板中寻找与所述仪表子图像匹配的目标仪表图像模板，所述仪表读数识别单元与所述仪表类型匹配单元和所述仪表图像分割单元分别连接，基于所述目标仪表图像模板和所述仪表子图像确定并输出当前读数；所述单片机的型号为PIC16F946，与所述存储设备、所述温湿度检测设备和所述图像处理器分别连接，在所述实时温度超出所述预定温度范围时，发出温度过限报警信号，在所述实时湿度超出所述预定湿度范围时，发出湿度过限报警信号，并接收所述当前读数以转发给所述无线收发接口； 其中，所述两个驱动轮为所述机器人的两个后轮，所述机器人还包括两个前轮，所述两个前轮为两个万向轮，所述对比度增强单元、所述灰度处理单元、所述自适应递归滤波单元、所述仪表图像分割单元、所述仪表类型匹配单元和所述仪表读数识别单元分别采用独立的FPGA器件来实现，所述无线收发接口将所述机器人当前位置和所述当前读数无线发送给远端的纺织车间管理平台，并从所述纺织车间管理平台处无线接收所述驱动控制信号; 其中，所述基于所述目标仪表图像模板和所述仪表子图像确定并输出当前读数包括，根据所述目标仪表图像模板中的指针形状在所述仪表子图像中寻找指针在所述仪表子图像中表盘的位置，并基于所述目标仪表图像模板和所述仪表子图像的对应关系将所述指针在所述仪表子图像中表盘的位置映射到所述指针在所述目标仪表图像模板中表盘的位置，并基于所述指针在所述目标仪表图像模板中表盘的位置、所述目标仪表图像模板中的最大值位置和所述目标仪表图像模板中的零值位置确定所述当前读数。
3.如权利要求2所述的纺织车间智能抄表机器人，其特征在于，所述机器人还包括: 用户输入设备，用于根据用户的操作，输入所述预定温度范围和所述预定湿度范围，还与所述存储设备连接以将所述预定温度范围和所述预定湿度范围输入到所述存储设备。
4.如权利要求2-3任一所述的纺织车间智能抄表机器人，其特征在于: 所述存储设备为静态存储器。
5.如权利要求3所述的纺织车间智能抄表机器人，其特征在于: 所述用户输入设备为触摸屏或键盘。
6.如权利要求2所述的纺织车间智能抄表机器人，其特征在于，所述机器人还包括: 静电检测仪，用于实时检测纺织车间内的纺织设备的静电数值，还与所述无线收发接口连接以无线发送所述静电数值。
【文档编号】G06T5/00GK104463160SQ201410713232
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月27日 优先权日:2014年11月27日
【发明者】不公告发明人 申请人:无锡北斗星通信息科技有限公司