CN112252426B - 一种洁具表面污点自动识别清洗装置及其污点识别方法 - Google Patents

Abstract

一种洁具表面污点自动识别清洗装置及其污点识别方法，其技术特征在于：马桶盖的背面分别安装有能够精确移动的横向移动装置和纵向移动装置，并安装有可自动调节角度的机械臂，机械臂上设置有旋转刷和清洗喷头，机械臂在横向移动装置和纵向移动装置的带动下实现了横向和纵向上的精确移动，同时借助于可调节角度的机械臂就能抵达任意马桶内壁的任意位置进行无死角刷洗，还采用了前活动舱盖和后活动舱盖，并采用了舱盖升降装置来带动前活动舱盖和后活动舱盖，本发明结构合理，占用空间小，对污渍区域能够进行有效识别，不会出现污渍漏识、误识的情况，并且能够满足马桶空间曲面无死角的彻底清洗的要求，清洗效果好，智能化程度高。

Description

一种洁具表面污点自动识别清洗装置及其污点识别方法

技术领域

本发明涉及一种自动识别清洗装置及其污点识别方法，尤其涉及一种洁具表面污点自动识别清洗装置及其污点识别方法，属于智能洁具设备技术领域。

背景技术

随着人们生活水平的不断提高，再加上科学技术的高速发展，人们对物质生活提出了更高的要求。越来越多的家庭都会安装马桶，我国的卫生洁具产量增长迅速，但是其质量却仍有很大的提升空间，高档卫生洁具仍然依赖进口。马桶除了美观和舒适性之外，马桶清洁除菌的技术难题一直存在，马桶的内壁以及上表面是最容易沾染污渍的地方，也最容易滋生细菌。现有的马桶一般都需要依靠人工进行清洗，马桶自动清洗装置无法实现无死角的彻底清洗，对污渍区域不能有效进行识别，也无法对污渍区域进行重点刷洗。由于卫生洁具材料的原因，使得卫生洁具表面光滑明亮，对光线有一定的反射，加上室内光线的变化，拍摄的污点图像就会有存在差异，对于污点的自动识别无疑就有极大的干扰和影响，这就导致对污渍识别的难度极大，甚至会造成漏识、误识的情况。而人工清洗需要忍受恶臭气味和污渍对人视觉造成的不适感，液体飞溅，洗涤剂沾染手部，人工手动清洗马桶也很容易出现清洗不到位的情况，卫生状况不佳，一直以来缺乏一种科学、合理的洁具表面污点自动识别清洗系统来解决这一问题。

发明内容

本发明的第一个目的是针对现有的马桶自动清洗装置结构简单，对污渍区域不能进行有效识别，容易出现污渍漏识、误识的情况，同时无法满足马桶空间曲面无死角的彻底清洗的要求，清洗效果不佳，智能化程度不高，占用空间较大的缺陷和不足，现提供一种结构合理，占用空间小，对污渍区域能够进行有效识别，不会出现污渍漏识、误识的情况，并且能够满足马桶空间曲面无死角的彻底清洗的要求，清洗效果好，智能化程度高的一种洁具表面污点自动识别与清洗装置。

本发明的第二个目的是针对现有的马桶内壁污渍识别和定位难度较大，容易出现污渍漏识、误识的情况，不利于自动识别和自动清洗的缺陷和不足，现提供一种能够快速识别定位污渍，不会出现污渍漏识、误识的情况，能够满足马桶空间曲面无死角的彻底清洗的要求，清洗效果好的一种洁具表面污点识别方法。

为实现上述第一个目的，本发明的技术解决方案是：一种洁具表面污点自动识别清洗装置，包括马桶盖，马桶盖通过安装座安装在马桶上，其特征在于：所述马桶盖背面内侧边缘的两侧沿着横向分别固定有丝杠安装座，两个丝杠安装座之间分别安装有横向滑动杆和横向丝杠，横向滑动杆与横向丝杠相平行，横向滑动杆上滑动安装有横向滑动座，并且横向滑动座通过丝杠螺母安装在横向丝杠上，横向丝杠的一端安装有横向伺服电机，横向滑动座上安装有纵向安装架，纵向安装架的两端分别安装有纵向安装座，两个纵向安装座之间分别安装有纵向滑动杆和纵向丝杠，纵向滑动杆与纵向丝杠相平行，并且纵向滑动杆与横向滑动杆相垂直，纵向丝杠的一端安装有纵向伺服电机，纵向滑动杆上滑动安装有纵向滑动座，并且纵向滑动座通过丝杠螺母安装在纵向丝杠上，纵向滑动座靠近马桶内腔的下端通过铰接轴安装有机械臂，铰接轴上安装有角度调节电机，机械臂的外端镶嵌安装有电机，电机位于外侧的输出轴上固定有旋转刷，机械臂或者旋转刷的内部安装有清洗喷头，马桶盖的底部或者马桶坐垫的底部镶嵌设置有两个不同朝向的第一摄像头和第二摄像头，马桶盖的底部通过舱盖升降装置分别安装有前活动舱盖和后活动舱盖。

进一步地，所述舱盖升降装置包括滑动杆固定座、滑动杆、前安装轴、前滑动座、第一升降支撑杆、第二升降支撑杆、第一连接轴、第二连接轴、前滑动座安装轴、后安装轴、后滑动座、第三升降支撑杆、第四升降支撑杆、第三连接轴、第四连接轴以及驱动电机，马桶盖的底部前后端分别安装有一对滑动杆固定座，滑动杆固定座上安装有一对相互平行的滑动杆，位于前端的滑动杆固定座通过前安装轴与第一升降支撑杆的一端相连接，滑动杆的前段上滑动安装有前滑动座，前滑动座上通过前滑动座安装轴与第二升降支撑杆的一端相连接，第一升降支撑杆的另一端设置有第一连接轴，第二升降支撑杆的另一端设置有第二连接轴，第一升降支撑杆和第二升降支撑杆的中部通过第一中间安装轴相铰接，位于后端的滑动杆固定座通过后安装轴与第三升降支撑杆的一端相连接，滑动杆的后段上滑动安装有后滑动座，后滑动座上通过安装轴与第四升降支撑杆的一端相连接，第三升降支撑杆的另一端设置有第三连接轴，第四升降支撑杆的另一端设置有第四连接轴，第三升降支撑杆和第四升降支撑杆的中部通过第二中间安装轴相铰接，前滑动座和后滑动座上内分别安装有驱动电机，驱动电机的输出轴上安装有摩擦轮，摩擦轮与滑动杆的外表面相接触，第一连接轴和第二连接轴分别与前活动舱盖相连接，第三连接轴和第四连接轴分别与后活动舱盖相连接。

进一步地，所述前滑动座和后滑动座分别与电动伸缩杆上的伸缩端相连接，电动伸缩杆的底座安装在滑动杆固定座或滑动杆上。

进一步地，所述前活动舱盖与后活动舱盖之间设置有横向槽孔，横向槽孔的宽度大于横向滑动座的宽度，前活动舱盖和后活动舱盖上开设有呈纵向分布的纵向槽孔，纵向槽孔的宽度大于纵向滑动座的宽度。

进一步地，所述前活动舱盖的内部活动安装有活动滑动盖，后活动舱盖的内部开设有与活动滑动盖相对应的槽口，活动滑动盖上固定有齿条，前活动舱盖上安装有步进电机，步进电机的输出轴上固定有齿轮，齿轮与齿条相啮合。

为实现本发明的第二个目的，一种洁具表面污点识别方法，其特征在于包括以下步骤：

a、首先获取点云数据和图像数据，采用工业摄像机或激光雷达采集马桶污渍所在曲面的点云数据，使用点云数据计算出马桶的曲面方程；

b、对点云数据进行平滑去噪，并对点云数据进行奇点剔除和高斯滤波，并对采集的图像进行处理与计算，达到所需的控制要求；

c、对污渍图像进行二值化处理，将图像划分为黑白二色，能够减少图像数据，便于快速找到所需的轮廓，黑色的区域即污渍的所在区域；

d、计算污渍像素的坐标，通过获取的二值化的图像来找到污渍的大概位置，并确定污渍中心像素坐标；

e、计算污渍的空间坐标，以摄像头中心的像素点为原点，将像素坐标原点与曲面方程的原点重合，通过将得到的像素坐标(x，y)代入曲面方程z＝f(x，y)中即可算出污渍点z坐标，进而得到了污渍的空间坐标；

f、构建机械臂的数学模型，从而逆算出我们想要到达的位置的电机关节角和正解出给定关节角的机械臂具体位置，并将污渍的位置坐标数据导入到双环闭环控制系统中，通过控制横向伺服电机、纵向伺服电机、角度调节电机来使旋转刷抵达所需要清洗的污渍部位，通过控制旋转刷和清洗喷头来实现对污渍的刷洗。

进一步地，所述步骤a中马桶的曲面方程采用最小二乘法拟合二次曲面，具体计算方法如下：设曲面为：

设得到的点云数据上的n个测量点分别为(x_i，y_i，z_i)，i的范围为(1～n)，则残差和

对a，b，c，d，e，g分别求导，并令导数为0，可得到线性方程组：

用matlab求解这个线性方程组即可得到a,b,c,d,e,g，即求出了拟合的曲面方程。

进一步地，所述步骤b中奇点剔除的计算方法如下：

设一点的高程为h_i，

表示与这一点相邻的所有点的平均值，若

则认为该点为奇点，需要把它剔除。

进一步地，所述步骤b中高斯滤波使用高斯算子对点云数据进行卷积处理，对该点云与附近的点云做一个权重的分配，让点云数据更平滑。

本发明的有益效果是：

1、本发明在马桶盖的背面分别安装有能够精确移动的横向移动装置和纵向移动装置，并安装有可自动调节角度的机械臂，机械臂上设置有旋转刷和清洗喷头，机械臂在横向移动装置和纵向移动装置的带动下实现了横向和纵向上的精确移动，同时借助于可调节角度的机械臂就能够适应马桶的空间曲面，能抵达任意马桶内壁的任意位置进行无死角刷洗。

2、本发明采用了两个以上的工业摄像头，能快速获取点云数据和图像数据，借助于污点识别方法对点云数据进行平滑去噪，并对污渍图像进行二值化处理，对表面污渍区域和空间坐标能够进行快速锁定，将污渍的位置坐标数据导入到双环闭环控制系统中，控制清洗装置实现了精确刷洗。

3、本发明采用了前活动舱盖和后活动舱盖，并采用了舱盖升降装置来带动前活动舱盖和后活动舱盖，有效避免了运动机构在马桶冲水时被飞溅的水花所淋湿，同时也提高了美观性。

3、本发明结构合理，占用空间小，对污渍区域能够进行有效识别，不会出现污渍漏识、误识的情况，并且能够满足马桶空间曲面无死角的彻底清洗的要求，清洗效果好，智能化程度高，使用范围广泛。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明未安装前活动舱盖和后活动舱盖时的结构示意图。

图3是本发明前活动舱盖和后活动舱盖下降关闭后的底部示意图。

图4是本发明舱盖升降装置的结构示意图。

图5是图4另外一个角度的结构示意图。

图6是本发明机械臂打开后的结构示意图。

图7是本发明本发明的结构示意图。

图8是图7的侧面示意图。

图9是图7齿轮齿条的局部放大图。

图10是本发明所采用的高斯算子。

图11是本发明拟合出的一个椭球面的结果图。

图中：马桶盖1，安装座2，丝杠安装座3，横向滑动杆4，横向丝杠5，横向伺服电机6，横向滑动座7，纵向安装架8，纵向安装座9，纵向滑动杆10，纵向丝杠11，纵向伺服电机12，纵向滑动座13，铰接轴14，机械臂15，角度调节电机16，电机17，旋转刷18，清洗喷头19，第一摄像头20，第二摄像头21，滑动杆固定座22，滑动杆23，前安装轴24，前滑动座25，第一升降支撑杆26，第二升降支撑杆27，第一连接轴28，第二连接轴29，前滑动座安装轴30，第一中间安装轴31，后安装轴32，后滑动座33，第三升降支撑杆34，第四升降支撑杆35，第三连接轴36，第四连接轴37，第二中间安装轴38，驱动电机39，前活动舱盖40，后活动舱盖41，纵向槽孔42，步进电机43，活动滑动盖44，齿条45，齿轮46。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

参见图1至图9，本发明的一种洁具表面污点自动识别清洗装置，包括马桶盖1，马桶盖1通过安装座2安装在马桶上，其特征在于：所述马桶盖1背面内侧边缘的两侧沿着横向分别固定有丝杠安装座3，两个丝杠安装座3之间分别安装有横向滑动杆4和横向丝杠5，横向滑动杆4与横向丝杠5相平行，横向滑动杆4上滑动安装有横向滑动座7，并且横向滑动座7通过丝杠螺母安装在横向丝杠5上，横向丝杠5的一端安装有横向伺服电机6，横向滑动座7上安装有纵向安装架8，纵向安装架8的两端分别安装有纵向安装座9，两个纵向安装座9之间分别安装有纵向滑动杆10和纵向丝杠11，纵向滑动杆10与纵向丝杠11相平行，并且纵向滑动杆10与横向滑动杆4相垂直，纵向丝杠11的一端安装有纵向伺服电机12，纵向滑动杆10上滑动安装有纵向滑动座13，并且纵向滑动座13通过丝杠螺母安装在纵向丝杠11上，纵向滑动座13靠近马桶内腔的下端通过铰接轴14安装有机械臂15，铰接轴14上安装有角度调节电机16，机械臂15的外端镶嵌安装有电机17，电机17位于外侧的输出轴上固定有旋转刷18，机械臂15或者旋转刷18的内部安装有清洗喷头19，马桶盖1的底部或者马桶坐垫的底部镶嵌设置有两个不同朝向的第一摄像头20和第二摄像头21，马桶盖1的底部通过舱盖升降装置分别安装有前活动舱盖40和后活动舱盖41。

所述舱盖升降装置包括滑动杆固定座22、滑动杆23、前安装轴24、前滑动座25、第一升降支撑杆26、第二升降支撑杆27、第一连接轴28、第二连接轴29、前滑动座安装轴30、第一中间安装轴31、后安装轴32、后滑动座33、第三升降支撑杆34、第四升降支撑杆35、第三连接轴36、第四连接轴37、第二中间安装轴38以及驱动电机39，马桶盖1的底部前后端分别安装有一对滑动杆固定座22，滑动杆固定座22上安装有一对相互平行的滑动杆23，位于前端的滑动杆固定座22通过前安装轴24与第一升降支撑杆26的一端相连接，滑动杆23的前段上滑动安装有前滑动座25，前滑动座25上通过前滑动座安装轴30与第二升降支撑杆27的一端相连接，第一升降支撑杆26的另一端设置有第一连接轴28，第二升降支撑杆27的另一端设置有第二连接轴29，第一升降支撑杆26和第二升降支撑杆27的中部通过第一中间安装轴31相铰接，位于后端的滑动杆固定座22通过后安装轴32与第三升降支撑杆34的一端相连接，滑动杆23的后段上滑动安装有后滑动座33，后滑动座33上通过安装轴与第四升降支撑杆35的一端相连接，第三升降支撑杆34的另一端设置有第三连接轴36，第四升降支撑杆35的另一端设置有第四连接轴37，第三升降支撑杆34和第四升降支撑杆35的中部通过第二中间安装轴38相铰接，前滑动座25和后滑动座33上内分别安装有驱动电机39，驱动电机39的输出轴上安装有摩擦轮，摩擦轮与滑动杆23的外表面相接触，第一连接轴28和第二连接轴29分别与前活动舱盖40相连接，第三连接轴36和第四连接轴37分别与后活动舱盖41相连接。

所述前滑动座25和后滑动座33分别与电动伸缩杆上的伸缩端相连接，电动伸缩杆的底座安装在滑动杆固定座22或滑动杆23上。

所述前活动舱盖40与后活动舱盖41之间设置有横向槽孔42，横向槽孔42的宽度大于横向滑动座7的宽度，前活动舱盖40和后活动舱盖41上开设有呈纵向分布的纵向槽孔43，纵向槽孔43的宽度大于纵向滑动座13的宽度。

所述前活动舱盖40的内部活动安装有活动滑动盖44，后活动舱盖41的内部开设有与活动滑动盖44相对应的槽口，活动滑动盖44上固定有齿条45，前活动舱盖40上安装有步进电机47，步进电机47的输出轴上固定有齿轮46，齿轮46与齿条45相啮合。

一种洁具表面污点识别方法，其特征在于包括以下步骤：

a、首先获取点云数据和图像数据，采用工业摄像机或激光雷达采集马桶污渍所在曲面的点云数据，使用点云数据计算出马桶的曲面方程；

b、对点云数据进行平滑去噪，并对点云数据进行奇点剔除和高斯滤波，并对采集的图像进行处理与计算，达到所需的控制要求；

c、对污渍图像进行二值化处理，将图像划分为黑白二色，能够减少图像数据，便于快速找到所需的轮廓，黑色的区域即污渍的所在区域；

d、计算污渍像素的坐标，通过获取的二值化的图像来找到污渍的大概位置，并确定污渍中心像素坐标；

e、计算污渍的空间坐标，以摄像头中心的像素点为原点，将像素坐标原点与曲面方程的原点重合，通过将得到的像素坐标(x，y)代入曲面方程z＝f(x，y)中即可算出污渍点z坐标，进而得到了污渍的空间坐标；

f、构建机械臂的数学模型，从而逆算出我们想要到达的位置的电机关节角和正解出给定关节角的机械臂具体位置，并将污渍的位置坐标数据导入到双环闭环控制系统中，通过控制横向伺服电机6、纵向伺服电机12、角度调节电机16来使旋转刷18抵达所需要清洗的污渍部位，通过控制旋转刷18和清洗喷头19来实现对污渍的刷洗。

所述步骤a中马桶的曲面方程采用最小二乘法拟合二次曲面，具体计算方法如下：设曲面为：

设得到的点云数据上的n个测量点分别为(x_i，y_i，z_i)，i的范围为(1～n)，则残差和

对a，b，c，d，e，g分别求导，并令导数为0，可得到线性方程组：

用matlab求解这个线性方程组即可得到a,b,c,d,e,g，即求出了拟合的曲面方程。

用该方法拟合出的一个椭球面的结果参见图11，通过实际实验结果证明该方法可行。

所述步骤b中奇点剔除的计算方法如下：设一点的高程为h_i，

表示与这一点相邻的所有点的平均值，若

则认为该点为奇点，需要把它剔除。

所述步骤b中高斯滤波使用高斯算子对点云数据进行卷积处理，对该点云与附近的点云做一个权重的分配，让点云数据更平滑。高斯滤波是一种线性平滑的滤波器，可以有效消除噪声，在许多工业领域都有其作用。在图像处理或点云数据处理中，本发明使用高斯算子对点云数据进行卷积处理，本发明所采用的高斯算子参见附图10。

如图所示，马桶盖1通过安装座2安装在马桶上，马桶盖1的背面安装有能够实现横向和纵向移动的二维移动装置，具体如下：马桶盖1背面内侧边缘的两侧沿着横向分别固定有丝杠安装座3，两个丝杠安装座3之间分别安装有横向滑动杆4和横向丝杠5，横向滑动杆4与横向丝杠5相平行。横向滑动杆4上滑动安装有横向滑动座7，横向滑动座7能够沿着横向滑动杆4来回滑动，并且横向滑动座7通过丝杠螺母安装在横向丝杠5上，横向丝杠5的一端安装有横向伺服电机6，横向伺服电机6带动横向丝杠5转动，进而带动横向滑动座7在横向上移动，这样就实现了横向上的精确移动。

横向滑动座7上安装有纵向安装架8，纵向安装架8的两端分别安装有纵向安装座9，两个纵向安装座9之间分别安装有纵向滑动杆10和纵向丝杠11，纵向滑动杆10与纵向丝杠11相平行，并且纵向滑动杆10与横向滑动杆4相垂直。纵向滑动杆10上滑动安装有纵向滑动座13，纵向滑动座13能够在纵向滑动杆10上沿着纵向上进行滑动，纵向滑动座13通过丝杠螺母安装在纵向丝杠11上，纵向丝杠11的一端安装有纵向伺服电机12，纵向伺服电机12带动纵向丝杠11转动，进而带动纵向滑动座13在纵向上移动，这样就实现了纵向上的精确移动。

纵向滑动座13靠近马桶内腔的下端通过铰接轴14安装有机械臂15，铰接轴14上安装有角度调节电机16，角度调节电机16能够带动机械臂15实现一定角度范围内的摆动。机械臂15的外端镶嵌安装有电机17，电机17位于外侧的输出轴上固定有旋转刷18，电机17带动旋转刷18转动实现对马桶的刷洗作业，机械臂15或者旋转刷18的内部安装有清洗喷头19，清洗喷头19通过管路与清洗液腔相连接，在微型泵的作用下将清洗液体喷射至需要刷洗的部位，以提高刷洗效果。

马桶盖1的底部或者马桶坐垫的底部镶嵌设置有两个或两个以上的工业摄像头，例如采用两个不同朝向的第一摄像头20和第二摄像头21。可以采用gc0328摄像头进行图像的采集，该摄像头价格低，采集的图像清晰准确，并使用k210进行图像处理与计算。摄像头采集240x320分辨率的图像给k210视觉开发板进行处理。经测试，k210采集的图像数据的帧率最高可达15.6fps，达到了所需的控制要求。马桶盖1的底部镶嵌设置有控制器或者以模块的形式封装有控制器，控制器的输入端分别第一摄像头20和第二摄像头21相连接，控制器的输处端分别与横向伺服电机6、纵向伺服电机12、角度调节电机16、电机17、驱动电机39以及步进电机43相连。

为了避免本发明的运动机构在马桶冲水时被飞溅的水花所淋湿，本发明采用了前活动舱盖40和后活动舱盖41，前活动舱盖40和后活动舱盖41安装在马桶盖1底部的舱盖升降装置上，在马桶盖1盖上时，舱盖升降装置能够带动前活动舱盖40和后活动舱盖41进行上下移动，向上移动后，运动机构以及清洗装置露出；向下移动后，运动机构以及清洗装置被前活动舱盖40和后活动舱盖41所遮盖。舱盖升降装置主要包括四组剪刀式升降机构，具体包括滑动杆固定座22、滑动杆23、前安装轴24、前滑动座25、第一升降支撑杆26、第二升降支撑杆27、第一连接轴28、第二连接轴29、前滑动座安装轴30、第一中间安装轴31、后安装轴32、后滑动座33、第三升降支撑杆34、第四升降支撑杆35、第三连接轴36、第四连接轴37、第二中间安装轴38以及驱动电机39。

马桶盖1的底部前后端分别安装有一对滑动杆固定座22，滑动杆固定座22上安装有一对相互平行的滑动杆23，位于前端的滑动杆固定座22通过前安装轴24与第一升降支撑杆26的一端相连接，滑动杆23的前段上滑动安装有前滑动座25，前滑动座25上通过前滑动座安装轴30与第二升降支撑杆27的一端相连接，第一升降支撑杆26的另一端设置有第一连接轴28，第二升降支撑杆27的另一端设置有第二连接轴29，第一升降支撑杆26和第二升降支撑杆27的中部通过第一中间安装轴31相铰接。第一升降支撑杆26与第二升降支撑杆27交叉设置，并能够绕第一中间安装轴31进行一定角度的转动，前滑动座25在沿着滑动杆23滑动时，会推动第一升降支撑杆26与第二升降支撑杆27之间的角度改变，进而实现升降。

同样的，位于后端的滑动杆固定座22通过后滑动座33与第三升降支撑杆34的一端相连接，滑动杆23的后段上滑动安装有后滑动座33，后滑动座33上通过安装轴与第四升降支撑杆35的一端相连接，第三升降支撑杆34的另一端设置有第三连接轴36，第四升降支撑杆35的另一端设置有第四连接轴37，第三升降支撑杆34和第四升降支撑杆35的中部通过第二中间安装轴38相铰接。第三升降支撑杆34和第四升降支撑杆35交叉设置，并能够绕第二中间安装轴38进行一定角度的转动，后滑动座33在沿着滑动杆23滑动时，会推动第三升降支撑杆34与第四升降支撑杆35之间的角度改变，进而实现升降。

为了实现前滑动座25和后滑动座33的可控式移动，可以采用多种驱动方式，例如：在前滑动座25和后滑动座33上内分别安装有驱动电机39，驱动电机39的输出轴上安装有摩擦轮，摩擦轮与滑动杆23的外表面相接触。还可以采用电动伸缩杆的驱动方式，在前滑动座25和后滑动座33分别与电动伸缩杆上的伸缩端相连接，电动伸缩杆的底座安装在滑动杆固定座22或滑动杆23上。这样，每根滑动杆23的前段和后段分别安置有一组剪刀式升降机构，本发明共四组剪刀式升降机构。第一连接轴28和第二连接轴29分别与前活动舱盖40相连接，第三连接轴36和第四连接轴37分别与后活动舱盖41相连接。四组剪刀式升降机构同步动作，实现了前活动舱盖40和后活动舱盖41的升降。

另外，为了让横向移动装置和纵向移动装置能够位于前活动舱盖40和后活动舱盖41的外侧进行移动，本发明对应设置有横向槽孔42和纵向槽孔43。前活动舱盖40与后活动舱盖41之间设置有横向槽孔42，横向槽孔42的宽度大于横向滑动座7的宽度，前活动舱盖40和后活动舱盖41上开设有呈纵向分布的纵向槽孔43，纵向槽孔43的宽度大于纵向滑动座13的宽度。前活动舱盖40的内部活动安装有活动滑动盖44，后活动舱盖41的内部开设有与活动滑动盖44相对应的槽口，活动滑动盖44上固定有齿条45，前活动舱盖40上安装有步进电机47，步进电机47的输出轴上固定有齿轮46，齿轮46与齿条45相啮合，活动滑动盖44在步进电机47的带动下实现了滑动打开和关闭。当马桶自动清洗完毕后或者需要对马桶进行冲水时，前活动舱盖40和后活动舱盖41同时下降，下降到位后活动滑动盖44关闭，最大程度上避免了马桶冲水飞溅的水花影响本发明的移动机构，同时也保证了马桶背面的美观性。

本发明的洁具表面污点识别方法具体方法过程如下：首先获取点云数据和图像数据，采用工业摄像机或激光雷达采集马桶污渍所在曲面的点云数据，使用点云数据计算出马桶的曲面方程。对点云数据进行平滑去噪，让点云数据更平滑，并对点云数据进行奇点剔除和高斯滤波，并对采集的图像进行处理与计算，达到所需的控制要求。对污渍图像进行二值化处理，将图像划分为黑白二色，能够减少图像数据，便于快速找到所需的轮廓，黑色的区域即污渍的所在区域。计算污渍像素的坐标，通过获取的二值化的图像来找到污渍的大概位置，并确定污渍中心像素坐标。计算污渍的空间坐标，以摄像头中心的像素点为原点，将像素坐标原点与曲面方程的原点重合，通过将得到的像素坐标(x，y)代入曲面方程z＝f(x，y)中即可算出污渍点z坐标，进而得到了污渍的空间坐标。构建机械臂的数学模型，从而逆算出我们想要到达的位置的电机关节角和正解出给定关节角的机械臂具体位置，并将污渍的位置坐标数据导入到双环闭环控制系统中，通过控制横向伺服电机6、纵向伺服电机12、角度调节电机16来使旋转刷18抵达所需要清洗的污渍部位，通过控制旋转刷18和清洗喷头19来实现对污渍的刷洗。

以上内容是结合具体实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认为本发明的具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，本发明还会有各种简单替换、改进和变化，所做出的各种简单替换、改进和变化，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种洁具表面污点自动识别清洗装置，包括马桶盖(1)，马桶盖(1)通过安装座(2)安装在马桶上，其特征在于：所述马桶盖(1)背面内侧边缘的两侧沿着横向分别固定有丝杠安装座(3)，两个丝杠安装座(3)之间分别安装有横向滑动杆(4)和横向丝杠(5)，横向滑动杆(4)与横向丝杠(5)相平行，横向滑动杆(4)上滑动安装有横向滑动座(7)，并且横向滑动座(7)通过丝杠螺母安装在横向丝杠(5)上，横向丝杠(5)的一端安装有横向伺服电机(6)，横向滑动座(7)上安装有纵向安装架(8)，纵向安装架(8)的两端分别安装有纵向安装座(9)，两个纵向安装座(9)之间分别安装有纵向滑动杆(10)和纵向丝杠(11)，纵向滑动杆(10)与纵向丝杠(11)相平行，并且纵向滑动杆(10)与横向滑动杆(4)相垂直，纵向丝杠(11)的一端安装有纵向伺服电机(12)，纵向滑动杆(10)上滑动安装有纵向滑动座(13)，并且纵向滑动座(13)通过丝杠螺母安装在纵向丝杠(11)上，纵向滑动座(13)靠近马桶内腔的下端通过铰接轴(14)安装有机械臂(15)，铰接轴(14)上安装有角度调节电机(16)，机械臂(15)的外端镶嵌安装有电机(17)，电机(17)位于外侧的输出轴上固定有旋转刷(18)，机械臂(15)或者旋转刷(18)的内部安装有清洗喷头(19)，马桶盖(1)的底部或者马桶坐垫的底部镶嵌设置有两个不同朝向的第一摄像头(20)和第二摄像头(21)，马桶盖(1)的底部通过舱盖升降装置分别安装有前活动舱盖(40)和后活动舱盖(41)，前活动舱盖(40)与后活动舱盖(41)之间设置有横向槽孔(42)，横向槽孔(42)的宽度大于横向滑动座(7)的宽度，前活动舱盖(40)和后活动舱盖(41)上开设有呈纵向分布的纵向槽孔(43)，纵向槽孔(43)的宽度大于纵向滑动座(13)的宽度，前活动舱盖(40)的内部活动安装有活动滑动盖(44)，后活动舱盖(41)的内部开设有与活动滑动盖(44)相对应的槽口，活动滑动盖(44)上固定有齿条(45)，前活动舱盖(40)上安装有步进电机(47)，步进电机(47)的输出轴上固定有齿轮(46)，齿轮(46)与齿条(45)相啮合。

2.根据权利要求1所述的一种洁具表面污点自动识别清洗装置，其特征在于：所述舱盖升降装置包括滑动杆固定座(22)、滑动杆(23)、前安装轴(24)、前滑动座(25)、第一升降支撑杆(26)、第二升降支撑杆(27)、第一连接轴(28)、第二连接轴(29)、前滑动座安装轴(30)、第一中间安装轴(31)、后安装轴(32)、后滑动座(33)、第三升降支撑杆(34)、第四升降支撑杆(35)、第三连接轴(36)、第四连接轴(37)、第二中间安装轴(38)以及驱动电机(39)，马桶盖(1)的底部前后端分别安装有一对滑动杆固定座(22)，滑动杆固定座(22)上安装有一对相互平行的滑动杆(23)，位于前端的滑动杆固定座(22)通过前安装轴(24)与第一升降支撑杆(26)的一端相连接，滑动杆(23)的前段上滑动安装有前滑动座(25)，前滑动座(25)上通过前滑动座安装轴(30)与第二升降支撑杆(27)的一端相连接，第一升降支撑杆(26)的另一端设置有第一连接轴(28)，第二升降支撑杆(27)的另一端设置有第二连接轴(29)，第一升降支撑杆(26)和第二升降支撑杆(27)的中部通过第一中间安装轴(31)相铰接，位于后端的滑动杆固定座(22)通过后安装轴(32)与第三升降支撑杆(34)的一端相连接，滑动杆(23)的后段上滑动安装有后滑动座(33)，后滑动座(33)上通过安装轴与第四升降支撑杆(35)的一端相连接，第三升降支撑杆(34)的另一端设置有第三连接轴(36)，第四升降支撑杆(35)的另一端设置有第四连接轴(37)，第三升降支撑杆(34)和第四升降支撑杆(35)的中部通过第二中间安装轴(38)相铰接，前滑动座(25)和后滑动座(33)上内分别安装有驱动电机(39)，驱动电机(39)的输出轴上安装有摩擦轮，摩擦轮与滑动杆(23)的外表面相接触，第一连接轴(28)和第二连接轴(29)分别与前活动舱盖(40)相连接，第三连接轴(36)和第四连接轴(37)分别与后活动舱盖(41)相连接。

3.根据权利要求2所述的一种洁具表面污点自动识别清洗装置，其特征在于：所述前滑动座(25)和后滑动座(33)分别与电动伸缩杆上的伸缩端相连接，电动伸缩杆的底座安装在滑动杆固定座(22)或滑动杆(23)上。

4.一种采用权利要求1所述的洁具表面污点自动识别清洗装置的洁具表面污点识别方法，其特征在于包括以下步骤：

a、首先获取点云数据和图像数据，采用工业摄像机或激光雷达采集马桶污渍所在曲面的点云数据，使用点云数据计算出马桶的曲面方程；

b、对点云数据进行平滑去噪，并对点云数据进行奇点剔除和高斯滤波，并对采集的图像进行处理与计算，达到所需的控制要求；

c、对污渍图像进行二值化处理，将图像划分为黑白二色，能够减少图像数据，便于快速找到所需的轮廓，黑色的区域即污渍的所在区域；

d、计算污渍像素的坐标，通过获取的二值化的图像来找到污渍的大概位置，并确定污渍中心像素坐标；

e、计算污渍的空间坐标，以摄像头中心的像素点为原点，将像素坐标原点与曲面方程的原点重合，通过将得到的像素坐标(x，y)代入曲面方程z＝f(x，y)中即可算出污渍点z坐标，进而得到了污渍的空间坐标；

f、构建机械臂的数学模型，从而逆算出想要到达的位置的电机关节角和正解出给定关节角的机械臂具体位置，并将污渍的位置坐标数据导入到双环闭环控制系统中，通过控制横向伺服电机(6)、纵向伺服电机(12)、角度调节电机(16)来使旋转刷(18)抵达所需要清洗的污渍部位，通过控制旋转刷(18)和清洗喷头(19)来实现对污渍的刷洗；

其中步骤a中马桶的曲面方程采用最小二乘法拟合二次曲面，具体计算方法如下：设曲面为：

设得到的点云数据上的n个测量点分别为(x_i，y_i，z_i)，i的范围为(1～n)，

则残差和

对a,b,c,d,e,g分别求导，并令导数为0，可得到线性方程组：

用matlab求解这个线性方程组即可得到a,b,c,d,e,g，即求出了拟合的曲面方程。

5.根据权利要求4所述的一种洁具表面污点识别方法，其特征在于：所述步骤b中奇点剔除的计算方法如下：

设一点的高程为h_i，

表示与这一点相邻的所有点的平均值，若

则认为该点为奇点，需要把它剔除。

6.根据权利要求4所述的一种洁具表面污点识别方法，其特征在于：所述步骤b中高斯滤波使用高斯算子对点云数据进行卷积处理，对该点云与附近的点云做一个权重的分配，让点云数据更平滑。

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