CN109720305A - 一种自动洗车机器人及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种自动洗车机器人，包括机器人和桁架，所述机器人由可沿桁架滑动的滑动单元固定在桁架上，所述机器人的末端固定有电动清洗装置，所述机器人的末端还设视觉传感器，所述视觉传感器输出信号至轨迹规划单元，所述轨迹规划单元输出运动清洗信号至工控机，所述工控机输出驱动信号至机器人和滑动单元。本发明能够根据对不同规格汽车的扫描和处理，使用一个机器人能够针对性的进行表面的精确清洗，清洗干净，节约用水。

Description

一种自动洗车机器人及其控制方法

技术领域

本发明涉及自动汽车清洗机器人系统，并可扩展应用到其他类似功能机器人的系统。

背景技术

汽车在行驶和停放期间，由于受来自大气、地面、燃料废气等方面的污染，表面及外露部件不可避免的会沉积烟雾、灰尘、油污、积碳、氧化物等污染物；这些污染物不仅会增加汽车油耗，还会造成汽车表面漆层的腐蚀，所以汽车拥有者对汽车清洗都非常重视。

目前，汽车清洗往往采用清洗机或人工方式进行。清洗机方式投资成本高、清洗液和水量消耗大，且无法针对不同车型规划清洗轨迹，清洗机抛盘无法完全贴合汽车表面，容易产生清洗死角。人工方式清洗工作量大、效率低、成本高，同样存在清洗死角问题。为了提升清洗洁净度、提高效率、节约成本，采用专用清洗机器人来完成汽车清洗将成为未来发展的趋势。

目前也有关于机器人洗车的公开文件，如：

发明专利：一种自动洗车机器人，申请号：201610337299.9，该公开文献是一种自动洗车机器人，采用与汽车外形大小相近的环形架作为移动平台运行轨道，采用可以上下移动的高压水枪对汽车进行清洗，大大提高了洗车效率。

一种汽车清洗系统及清洗方法，申请号：201611096191.1，该公开文献通过对汽车自动化清洗做出合理调度，节省了人力物力；加强了机场对清洗库的管理的力度，节省了人力损耗，提升了管理效率；同时可以自动识别顽固淤泥等难除区域并自动清洗，提升清洗效果。

上述两个公开文献均存在对不同规格汽车适应性差，用水量大，清洗不精确的缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是实现一种能够根据不同规格大小的汽车表面进行精确清洗的汽车清洗系统。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种自动洗车机器人，包括机器人和桁架，所述机器人由可沿桁架滑动的滑动单元固定在桁架上，所述机器人的末端固定有电动清洗装置，所述机器人的末端还设视觉传感器，所述视觉传感器输出信号至轨迹规划单元，所述轨迹规划单元输出运动清洗信号至工控机，所述工控机输出驱动信号至机器人和滑动单元。

所述电动清洗装置包括用于喷水的喷嘴，以及由电机驱动可旋转的刷子。

所述视觉传感器为激光雷达传感器，所述视觉传感器采集汽车四周及顶部车身点云数据并输送至轨迹规划单元。

所述轨迹规划单元包括：

通讯模块：实现与视觉子系统和机器人控制器系统数据交互；

造型处理模块：对视觉子系统获取的车辆外形数据进行处理，建立车辆模型；

工艺参数模块：确定清洗工艺参数；

轨迹规划模块：根据建立车辆模型和确定清洗工艺参数生成能产生最佳清洗效果的清洗机器人轨迹。

运动控制模块：根据清洗机器人轨迹生成的末端执行器运动轨迹转换成机器人各关节的运动轨迹；

程序生成模块：将运动轨迹转变成机器人能识别的程序语言；

数据管理模块：保存汽车模型信息、清洗轨迹程序和用户建立的参数模板；

人机交互模块：完成所有模块的操作、显示和交互功能。

基于所述自动洗车机器人的控制方法：

1)接收到停车完毕开始扫描的信号，机器人带动视觉传感器采集汽车外形模型；

2)根据汽车外形模型设定清洗轨迹规划；

3、机器人执行清洗轨迹规划。

本发明能够根据对不同规格汽车的扫描和处理，使用一个机器人能够针对性的进行表面的精确清洗，清洗干净，节约用水。

附图说明

下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为自动洗车机器人结构示意图

图2为自动洗车机器人洗车流程图；

图3为自动洗车机器人轨迹规划单元原理图；

上述图中的标记均为；1、桁架；2、清洗机器人。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

如图1所示，桁架和悬挂机器人，桁架上设有一个机器人，图1中显示的是机器人的两种状态，机器人固定在滑动单元上，滑动单元驱动机器人沿着桁架滑动。

机器人为7自由度机器人，在桁架下方行走，末端装有清洗装置，末端清洗装置包括电动旋转装置，装有刷子，可以喷水，此外机器人末端还安装有视觉传感器，机器人在桁架行走一周扫描一次，获取车辆模型。

视觉传感器输出信号至轨迹规划单元，轨迹规划单元输出运动清洗信号至工控机，工控机输出驱动信号至机器人和滑动单元。轨迹规划单元如图3所示，轨迹规划单元包括以下模块，即造型处理模块、工艺参数模块、轨迹规划模块、运动控制模块、分析仿真模块、程序生成模块、通讯模块、数据管理模块和人机交互模块。

(1)造型处理模块。对于复杂曲面，使用特殊方法对曲面进行处理。经过处理后，系统数据库中就存放了物体的数据，为视觉匹配和轨迹规划轨迹提供了清洗机型数据信息。

(2)工艺参数模块。提供接口供用户输入清洗工艺参数。如清洗速度、滚刷高度、外部偏置、转弯半径、行程间距等。对于这些参数，如果用户不设置，可以根据标准的模型自动计算最优值。

(3)轨迹规划模块。该模块根据其他模块所传来的数据与清洗过程中各种参数，自动生成能产生最佳清洗效果的清洗机器人轨迹。该模块集成了可达性分析、碰撞检测、运动规划、轨迹规划等算法，是整个软件系统的核心部分。

(4)运动控制模块。本模块的主要功能是根据机器人逆运动学原理，将上一模块所生成的末端执行器运动轨迹转换成机器人各关节的运动轨迹，从而为分析仿真模块提供机器人的运动数据。

(5)分析仿真模块。本模块实现图形化显示机器人清洗时汽车表面的清洗覆盖区域情况，并以列表形式给出车身表面上清洗区域的偏差数据，也可以用等高线配以不同色彩的方式在计算机屏幕上显示出清洗区域的空间分布效果图。

(6)程序生成模块。完成将机器人的运动轨迹(由机器人运动轨迹生成模块提供)转变成其能识别的程序语言。

(7)通讯模块。实现与视觉子系统和机器人控制器系统数据交互。

(8)数据管理模块。保存汽车模型信息、清洗轨迹程序和用户建立的参数模板，提高程序重复调用性。

(9)人机交互模块。完成上述所有模块的操作、显示和交互功能，提供友好的交互界面和用户体验。

如图2所示，自动洗车机器人洗车流程

1、车身扫描与定位：

汽车在进行清洗前是停放在清洗区域，无精确定位措施，也无法确定其车型。因此，在实现汽车车身精确的自动化清洗前，系统必须自行检测车身当前位姿和车型。

车身视觉扫描子系统是激光雷达传感器和处理算法构成。通过激光雷达传感器扫描车身，获取车身点云数据，经过视觉处理算法重构汽车三维模型，进一步获取汽车位姿，并将三维模型和位姿通过以太网传递给离线规划软件。

2、离线轨迹规划：

离线清洗轨迹规划模块利用获取的车身三维模型和位姿信息，完成车身的离线清洗轨迹规划，同时根据车身数模与实际间位姿变换关系，生成机器人清洗指令，并将程序发送给控制器。

3、机器人清洗控制：

机器人控制器根据离线清洗轨迹规划模块生成的清洗程序，协调控制机器人、抛盘等配套设备完成车身清洗任务，并将清洗信息传送至软件系统进行作业监控。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种自动洗车机器人，包括机器人和桁架，所述机器人由可沿桁架滑动的滑动单元固定在桁架上，所述机器人的末端固定有电动清洗装置，其特征在于：所述机器人的末端还设视觉传感器，所述视觉传感器输出信号至轨迹规划单元，所述轨迹规划单元输出运动清洗信号至工控机，所述工控机输出驱动信号至机器人和滑动单元。

2.根据权利要求1所述的自动洗车机器人，其特征在于：所述电动清洗装置包括用于喷水的喷嘴，以及由电机驱动可旋转的刷子。

3.根据权利要求1所述的自动洗车机器人，其特征在于：所述视觉传感器为激光雷达传感器，所述视觉传感器采集汽车四周及顶部车身点云数据并输送至轨迹规划单元。

4.根据权利要求1、2或3所述的自动洗车机器人，其特征在于：所述轨迹规划单元包括：

通讯模块：实现与视觉子系统和机器人控制器系统数据交互；

造型处理模块：对视觉子系统获取的车辆外形数据进行处理，建立车辆模型；

工艺参数模块：确定清洗工艺参数；

轨迹规划模块：根据建立车辆模型和确定清洗工艺参数生成能产生最佳清洗效果的清洗机器人轨迹。

运动控制模块：根据清洗机器人轨迹生成的末端执行器运动轨迹转换成机器人各关节的运动轨迹；

程序生成模块：将运动轨迹转变成机器人能识别的程序语言；

数据管理模块：保存汽车模型信息、清洗轨迹程序和用户建立的参数模板；

人机交互模块：完成所有模块的操作、显示和交互功能。

5.基于权利要求1-4所述自动洗车机器人的控制方法，其特征在于：

1)接收到停车完毕开始扫描的信号，机器人带动视觉传感器采集汽车外形模型；

2)根据汽车外形模型设定清洗轨迹规划；

3、机器人执行清洗轨迹规划。