CN106037599A - 基于图像识别空间建模的高层建筑外表面清洗机器人 - Google Patents

基于图像识别空间建模的高层建筑外表面清洗机器人 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于图像识别空间建模的高层建筑外表面清洗机器人，它涉及机器人技术领域。它包括外壳、底板、摄像头、液晶显示屏、支撑轮、喷水系统、工作压力提供及抗横风系统、横向延伸单元、纵向推出机构和表面清洁机构，外壳与底板组成了机器人的机体，外壳的表面安装有摄像头，外壳上设置有液晶显示屏，底板的四角安装有支撑轮，支撑轮分别与单独的支撑轮高度调整单元连接，底板上安装有喷水系统、工作压力提供及抗横风系统、横向延伸单元、纵向推出机构及表面清洁机构。本发明智能等级高，操作安全性好，提高清洁效率，成本低，能够更有效的清理复杂的高层建筑外表面，实用稳定。

Description

基于图像识别空间建模的高层建筑外表面清洗机器人
技术领域
本发明涉及的是机器人技术领域，具体涉及基于图像识别空间建模的高层建筑外表面清洗机器人。
背景技术
目前针对现有的高空“蜘蛛人”高危作业，同类的高层建筑外表面清洁机械智能程度普遍较低，仍需要靠人工操作来达到指定位置清洁的功能，不仅操作安全性差，清洁效率也低、成本高；而市面上主流的智能擦玻璃机器人还停留在简单的作业面上，利用玻璃的边界作为机器人运动的自然边界，在这些小范围内进行简单的路径规划，基于此，设计一种新型的基于图像识别空间建模的高层建筑外表面清洗机器人还是很有必要的。
发明内容
针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种基于图像识别空间建模的高层建筑外表面清洗机器人，结构简单，设计合理，智能等级高，操作安全性好，提高清洁效率，成本低，能够更有效的清理复杂的高层建筑外表面，实用稳定，易于推广使用。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：基于图像识别空间建模的高层建筑外表面清洗机器人，包括外壳、底板、摄像头、液晶显示屏、支撑轮、喷水系统、工作压力提供及抗横风系统、横向延伸单元、纵向推出机构和表面清洁机构，外壳与底板组成了机器人的机体，外壳的表面安装有摄像头，外壳上设置有液晶显示屏，底板的四角安装有支撑轮，支撑轮分别与单独的支撑轮高度调整单元连接，底板上安装有喷水系统、工作压力提供及抗横风系统、横向延伸单元、纵向推出机构及表面清洁机构，横向延伸单元、纵向推出机构均与直流电机和编码器连接，横向延伸单元可以根据作业面宽度调整清洁单元宽度，并配合轨迹优化，纵向推出机构配合越障和清洁功能，将机构水平推出，机器人机体还设置有钢索系统，可提供垂直方向主要的运动动力和机器人水平移动功能。
作为优选，所述的表面清洁机构由短海绵刷、长海绵刷、刮水槽、短毛刷、长毛刷和热风扇组成，短毛刷、长毛刷安装在底板的前部，短海绵刷、长海绵刷安装在底板的后部，短毛刷的后侧设置有刮水槽，底板内部安装有热风扇；所述热风扇设置有两个，每个热风扇对应安装在位于短海绵刷滚动方向后侧的热风箱中，热风箱与底板的连接处设置有热风网。
作为优选，所述的喷水系统由水箱、水泵、喷水罩、分流器组成，水箱、水泵、喷水罩、分流器均安装在底板内侧中部，水泵通过管路与水箱连接，水泵连接有分流器，分流器的出水口处设置有喷水罩，喷水罩与表面清洁机构中的刮水槽位置相对。
作为优选，所述的工作压力提供及抗横风系统由涵道及涵道角度调整单元组成，涵道设置有四个，分别安装在机器人机体的前、后、左、右侧，每个涵道与单独的涵道角度调整单元连接，涵道处设有涵道风路网。
本发明的有益效果：(1)相较于现有的蜘蛛人清洁的高危作业情况，具有更高的操作安全性。
(2)与传统的清洁过程相比，机器人的清洁效率更高，清洁成本更低。
(3)采用视频流空间建模技术，智能等级更高，极大的降低了对操作人员的技术依赖。
(4)采用视频建模技术配合其他传感器(红外，超声)对模型实时修，弥补了模型精度不高的问题。
(5)机械结构采用按流程可伸出设计，能够更有效的清理复杂的高层建筑外表面。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为图1的仰视图；
图3为本发明的平面结构示意图；
图4为图3的后视图；
图5为图3的右视图；
图6为本发明底板及安装部件的立体结构示意图；
图7为本发明底板及安装部件的平面结构示意图；
图8为图7的后视图；
图9为图7的仰视图；
图10为图7的右视图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
参照图1-10，本具体实施方式采用以下技术方案：基于图像识别空间建模的高层建筑外表面清洗机器人，包括外壳1、底板2、摄像头3、液晶显示屏4、支撑轮5、喷水系统6、工作压力提供及抗横风系统7、横向延伸单元8、纵向推出机构9和表面清洁机构，外壳1与底板2组成了机器人的机体，外壳1的表面安装有摄像头3，外壳1上设置有液晶显示屏4，底板2的四角安装有支撑轮5，底板2上安装有喷水系统6、工作压力提供及抗横风系统7、横向延伸单元8、纵向推出机构9及表面清洁机构，横向延伸单元8、纵向推出机构9均与直流电机18和编码器19连接。
值得注意的是，所述的表面清洁机构由短海绵刷10、长海绵刷11、刮水槽12、短毛刷13、长毛刷14和热风扇15组成，短毛刷13、长毛刷14安装在底板2的前部，短海绵刷10、长海绵刷11安装在底板2的后部，短毛刷13的后侧设置有刮水槽12，底板2内部安装有热风扇15；所述热风扇15设置有两个，每个热风扇15对应安装在位于短海绵刷10滚动方向后侧的热风箱16中，热风箱16与底板2的连接处设置有保护的热风网17，可以烘干作业水分。
值得注意的是，所述的喷水系统6由水箱20、水泵21、喷水罩22、分流器23组成，水箱20、水泵21、喷水罩22、分流器23均安装在底板2内侧中部，水泵21通过管路与水箱20连接，水泵21连接有分流器23，分流器23的出水口处设置有喷水罩22，喷水罩22与表面清洁机构中的刮水槽12位置相对，便于建筑表面的赃物清洗。
值得注意的是，所述的工作压力提供及抗横风系统7由涵道24及涵道角度调整单元25组成，涵道24设置有四个，分别安装在机器人机体的前、后、左、右侧，每个涵道24与单独的涵道角度调整单元25连接，涵道24处设有涵道风路网26。
此外，所述的支撑轮5分别与单独的支撑轮高度调整单元27连接，在机器人行进过程中，通过摄像头3观看行进画面，并实时通过调整支撑轮高度调整单元27控制支撑轮5进行越障，通过性大大增强。
本具体实施方式清洗建筑外表面时，与吸尘装置相配合，首先通过吸尘装置的滚刷粗扫清洁表面，短毛刷13、长毛刷14同时对表面刷洗，喷水系统6动作，喷清洁液溶解，并用胶条刮渍，并将脏水回收，经过过滤返回水箱20，然后短海绵刷10、长海绵刷11滚动擦干，吸水擦净，同时热风扇15动作，用热风烘干残余作业面水分；而机器人的横向延伸单元8可以根据作业面宽度调整清洁单元宽度，并配合轨迹优化，纵向推出机构9配合越障和清洁功能，将机构水平推出，另外，机器人还是设置有钢索系统，可提供垂直方向主要的运动动力，和机器人水平移动功能。
本具体实施方式的工作压力提供及抗横风系统7由四个涵道24提供推力，涵道24电调电流较大，功率体积小，可输出较强的推力，涵道24内环括有风扇，既可阻挡风扇气动声向外传播，又具有紧凑的结构，安全性高，通过点击涵道角度调整单元25可调整相对于机器人本体的姿态，在保证工作方向所需的玻璃面相反压力的前提下，根据陀螺仪所获取的加速的信息，利用调整涵道24的角度以及涵道两段电压的方式，抵抗工作时所受到的横向风力。
本具体实施方式的控制过程功能单元由视频全息空间建模、机器人空间路径规划、位置与轨迹记录及行进过程姿态调整及多传感器协作模型实时修正四部分组成，其中(1)视频全息空间建模通过全景的摄像头3环视高层建筑外表面获取视频流信息，并进行视频流特征识别，记录，建立工作范围三维模型，然后根据光学信息识别需要清洁的作业面，并进行初步运动规划，同时进行行进间视频流录入；
(2)机器人空间路径规划则根据空间外形和作业面分布情况进行机器人清洁路线规划，根据路径与机器人清洁范围，设计合适的行程重合度从而细化清洁路线，同时根据行进间的传感器(视频/距离)数据检测异型与开窗等情况选择避让或越障；
(3)位置与轨迹记录及行进过程姿态调整根据钢索系状态与机器人的定位系统互修正得到机器人位置信息，并根据运动情况和行进间姿态修正运动轨迹，当运动轨迹偏离行程规划所设计的重合度时，启动轨迹调整预案，同时陀螺仪实时采集工作流程中的三向加速度信息，控制抗横风系统做出响应。
(4)多传感器协作模型实时修正：
①距离传感器结合机器人自身定位与所建立的工作空间三维模型信息，控制机器人由非工作表面进入工作表面时启动清洁程序。
②机器人运动到障碍附近时(距离传感器)，会根据模型中是否为工作表面，开启针对两种不同情形的两种不同的越障模式，这个过程使用多个传感器实时测量数据同步分析。
③采用多轴陀螺仪位置传感器和距离传感器进行多传感器协作修正运行轨迹。
本具体实施方式为一种集视频流图像识别空间建模、工作表面智能识别、机器人行程自动规划、多传感器协同工作于一体的机器人智能系统，有效解决了高层建筑外表面的清洁问题，能清理复杂的高层建筑外表面，清洁范围包括高层建筑玻璃摹墙以及光滑墙面和瓷砖面等其他需要清洁的高层建筑外部结构，智能等级更高，针对现有的高空“蜘蛛人”高危作业，具有更高的操作安全性，清洁效率更高，成本低，具有广阔的市场应用前景。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.基于图像识别空间建模的高层建筑外表面清洗机器人，其特征在于，包括外壳(1)、底板(2)、摄像头(3)、液晶显示屏(4)、支撑轮(5)、喷水系统(6)、工作压力提供及抗横风系统(7)、横向延伸单元(8)、纵向推出机构(9)和表面清洁机构，外壳(1)与底板(2)组成了机器人的机体，外壳(1)的表面安装有摄像头(3)，外壳(1)上设置有液晶显示屏(4)，底板(2)的四角安装有支撑轮(5)，底板(2)上安装有喷水系统(6)、工作压力提供及抗横风系统(7)、横向延伸单元(8)、纵向推出机构(9)及表面清洁机构，横向延伸单元(8)、纵向推出机构(9)均与直流电机(18)和编码器(19)连接，横向延伸单元(8)可以根据作业面宽度调整清洁单元宽度，并配合轨迹优化，纵向推出机构(9)配合越障和清洁功能，将机构水平推出。
2.根据权利要求1所述的基于图像识别空间建模的高层建筑外表面清洗机器人，其特征在于，所述的表面清洁机构由短海绵刷(10)、长海绵刷(11)、刮水槽(12)、短毛刷(13)、长毛刷(14)和热风扇(15)组成，短毛刷(13)、长毛刷(14)安装在底板(2)的前部，短海绵刷(10)、长海绵刷(11)安装在底板(2)的后部，短毛刷(13)的后侧设置有刮水槽(12)，底板(2)内部安装有热风扇(15)。
3.根据权利要求2所述的基于图像识别空间建模的高层建筑外表面清洗机器人，其特征在于，所述的热风扇(15)设置有两个，每个热风扇(15)对应安装在位于短海绵刷(10)滚动方向后侧的热风箱(16)中，热风箱(16)与底板(2)的连接处设置有保护作用的热风网(17)。
4.根据权利要求1所述的基于图像识别空间建模的高层建筑外表面清洗机器人，其特征在于，所述的喷水系统(6)由水箱(20)、水泵(21)、喷水罩(22)、分流器(23)组成，水箱(20)、水泵(21)、喷水罩(22)、分流器(23)均安装在底板(2)内侧中部，水泵(21)通过管路与水箱(20)连接，水泵(21)连接有分流器(23)，分流器(23)的出水口处设置有喷水罩(22)，喷水罩(22)与表面清洁机构中的刮水槽(12)位置相对。
5.根据权利要求1所述的基于图像识别空间建模的高层建筑外表面清洗机器人，其特征在于，所述的工作压力提供及抗横风系统(7)由涵道(24)及涵道角度调整单元(25)组成，涵道(24)设置有四个，分别安装在机器人机体的前、后、左、右侧，每个涵道(24)与单独的涵道角度调整单元(25)连接，通过点击涵道角度调整单元(25)可调整相对于机器人本体的姿态，涵道(24)处设有涵道风路网(26)。
6.根据权利要求1所述的基于图像识别空间建模的高层建筑外表面清洗机器人，其特征在于，所述的支撑轮(5)分别与单独的支撑轮高度调整单元(27)连接，通过调整支撑轮高度调整单元(27)控制支撑轮(5)进行越障。
7.根据权利要求1所述的基于图像识别空间建模的高层建筑外表面清洗机器人，其特征在于，所述的摄像头(3)工作时环视高层建筑外表面获取视频流信息，并进行视频流特征识别，记录，建立工作范围三维模型，然后根据光学信息识别需要清洁的作业面，并进行初步运动规划，同时进行行进间视频流录入，形成视频全息空间建模。
8.根据权利要求1所述的基于图像识别空间建模的高层建筑外表面清洗机器人，其特征在于，所述的机器人机体还设置有钢索系统，可提供垂直方向主要的运动动力和机器人水平移动功能。
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