CN112319429B - 一种动车前挡风玻璃自动清洗的控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种动车前挡风玻璃自动清洗的控制系统，包括快速移动平台、六轴机器人、测距器、图像捕捉器、清洁喷头、存料装置、空气压缩机和图像识别处理模块。本发明还公开一种动车前挡风玻璃自动清洗的控制方法，步骤是：通过测距定位判断动车停车位置，并对动车拍照，结合测距和照片图像控制清洁喷头移动至动车前挡风玻璃的前方；采集一帧动车图像，与预存的图像进行对比，确定动车型号及玻璃规格，并对清洗面积划分清理区域，各清理区域与标准图像进行比对，确认每个清理区域的污染程度，并结合不同的玻璃类别，选择相应的清洗方式；完成清洗后，再次采集一帧图像，进行清洗效果的检测。此种技术方案可实现高效地自动化清洗动车前挡风玻璃。

Description

一种动车前挡风玻璃自动清洗的控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种动车前挡风玻璃的自动清洗的控制系统及控制方法。

背景技术

近年来由于我国高速铁路的快速发展，高铁发车的频次也越来越快，而且运行速度可以稳定地达到300km/h左右。在列车快速运行期间，空气中大量的灰尘和脏污会沾附在前挡风玻璃上面，有时会遇到鸟类的撞击并沾结，普通的雨刮器清洗不干净，直接影响驾驶员的视线，严重情况下可能造成安全事故的发生。这样，动车前挡风玻璃的清洗则至关重要。

现在的清洗方式主要采用人工清洗，人工清洗不仅效率低、清洗不全面、造成清洁剂的浪费、清洗安全等缺点。另一种是需要动车开入固定的场地利用机械式滚筒刷清洗，这种方式灵活性较差，而且占用的区域较大，玻璃死角清洗不到位、清洗完成后还需人工检查清洗效果等。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种动车前挡风玻璃自动清洗的控制系统及控制方法，其可实现高效、自动化清洗动车前挡风玻璃。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种动车前挡风玻璃自动清洗的控制系统，包括快速移动平台、六轴机器人、测距器、图像捕捉器、清洁喷头、存料装置、空气压缩机和图像识别处理模块，其中，六轴机器人、存料装置、空气压缩机均安装在快速移动平台上，跟随快速移动平台移动，测距器、图像捕捉器、清洁喷头均安装在六轴机器人的前端；

存料装置与清洁喷头连接，用于提供清洗所需的清洁用料，清洁喷头则在六轴机器人的可活动范围内完成清洗工作；空气压缩机用于提供存料装置向清洁喷头供料的动力；测距器用于在图像识别处理模块的控制下，测量快速移动平台与动车之间的距离并进行反馈；图像捕捉器用于在图像识别处理模块的控制下，采集动车及/或动车前挡风玻璃的图像并进行反馈；图像识别处理模块用于根据反馈的距离控制快速移动平台的移动，图像识别处理模块对反馈的图像进行处理后，控制六轴机器人的动作，完成清洗工作。

一种动车前挡风玻璃自动清洗的控制方法，包括如下步骤：

步骤1，将动车行驶至预定清洗位置范围内，通过测距定位判断动车停车位置，并对动车拍照，结合测距和照片图像控制清洁喷头移动至动车前挡风玻璃的前方；

步骤2，采集一帧动车图像，该图像与预存的图像进行对比，确定动车型号及玻璃规格，并对整个前挡风玻璃的清洗面积划分清理区域，各清理区域与预存的标准图像进行比对，确认每个清理区域的污染程度，并结合不同的玻璃类别，选择相应的清洗方式；

步骤3，完成清洗后，控制清洁喷头运动至玻璃前方，再次采集一帧图像，进行清洗效果的检测。

上述步骤1中，结合测距和照片图像控制清洁喷头移动至动车前挡风玻璃的前方的具体过程是：首先对照片图像进行处理，获取前挡风玻璃的轮廓线，将清洁喷头移动至动车前挡风玻璃的中心位置；再根据测距使清洁喷头前后移动直至达到标准距离。

上述对照片图像进行处理的具体过程是：

步骤11，将图像从笛卡尔坐标转换为极坐标，从而实现图像的拉直；

步骤12，对拉直处理后的图像抠出感兴趣的区域后将图像转换为XLD轮廓，通过分割技术过滤掉除玻璃垂直边以外的其余轮廓线；

步骤13，通过直线拟合技术，求出对角线的角点中心坐标，此时的坐标为像素坐标，再进行手眼标定，将像素坐标转换为世界坐标；

步骤14，基于转换后的世界坐标，控制六轴机器人带动清洁喷头运动至动车前挡风玻璃的中心位置。

上述步骤11后，还包括对经过拉直处理后的图像进行Blob分析，若采集效果不符合要求，则调整镜头的曝光时间，获取的图像重复步骤11进行拉直处理后再进行Blob分析，直至得到采集效果符合要求的图像。

上述步骤2中，为了防止清洗到除玻璃以外的区域，首先，根据采集到的图像，通过Blob分析去除干扰背景，留下感兴趣需要清理的前景目标区域；然后，将目标区域转换为XLD轮廓，对XLD轮廓进行高斯线条提取算法，得到整个玻璃轮廓像素坐标；最后，经过手眼标定后生成的矩阵得到世界坐标，计算图像的宽度和高度，从而实现在限定的坐标范围内进行清洗工作。

上述步骤2中，在清洗过程中，始终进行测距工作，使清洁喷头保持垂直高度不变。

上述步骤3中，进行清洗效果检测的具体过程是：首先收集多张标准的玻璃图像进行训练，再通过差分模型技术将步骤3采集的图像进行检测，如果存在脏污，则进行标记，再将脏污处的世界坐标发送给清洁喷头再次进行清洗，然后再采集一帧图像进行检测，直至不存在脏污为止。

采用上述方案后，本发明利用图像采集、处理配合六轴机器人可以实现自动识别定位并清洗前挡风玻璃，能够克服人工清洗效率低、清洗不全面和固定式机械滚筒清洗的灵活性差、无检测清洗效果装置的缺点，满足高效、精准、灵活性好等优点。

附图说明

图1是本发明的清洗准备工作流程图；

图2是本发明的清洗过程流程图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案及有益效果进行详细说明。

本发明提供一种动车前挡风玻璃自动清洗的控制系统，包括快速移动平台、六轴机器人、测距器、图像捕捉器、清洁喷头、存料装置、空气压缩机和图像识别处理模块，其中，六轴机器人、存料装置、空气压缩机均安装在快速移动平台上，跟随快速移动平台移动，测距器、图像捕捉器、清洁喷头均安装在六轴机器人的前端，存料装置与清洁喷头连接，用于提供清洗所需的清洁用料，清洁喷头则在六轴机器人的可活动范围内完成清洗工作；空气压缩机用于提供存料装置向清洁喷头供料的动力；测距器用于在图像识别处理模块的控制下，测量快速移动平台与动车之间的距离并进行反馈；图像捕捉器用于在图像识别处理模块的控制下，采集动车及/或动车前挡风玻璃的图像并进行反馈；图像识别处理模块用于根据反馈的图像、距离等，根据距离控制快速移动平台的移动，对图像进行处理后，控制六轴机器人的动作，完成清洗工作，所述图像识别处理模块中还预存有多种类别的动车玻璃图像，从而作为模板对比之用。

如图1和图2所示，本发明提供一种动车前挡风玻璃自动清洗的控制方法，包括如下步骤：

步骤1，将动车行驶至预定清洗位置范围内，通过测距定位判断动车停车位置，并利用图像捕捉器对动车车头部位拍照，结合测距和照片图像控制快速移动平台移动至动车前挡风玻璃的前方；

由于动车前挡风玻璃为弧形，为了实现准确定位，对照片图像进行处理的具体过程是：首先将图像从笛卡尔坐标转换为极坐标，以将图像拉直进行定位检测；经过拉直处理后的图像首先经过Blob分析，由于Blob分析受光照的影响，所以根据镜头接收到的不同光照强度，可以通过调整镜头的曝光时间达到较好的采集效果；然后抠出感兴趣的区域后将图像转换为XLD轮廓，通过分割技术过滤掉除玻璃垂直边以外的其余轮廓线；接下来，通过直线拟合技术，求出对角线的角点中心坐标，此时的坐标为像素坐标，为了让机器人实现运动，我们需要进行手眼标定，目的是将像素坐标转换为机器人下的世界坐标。基于转换后的坐标，从而可以控制六轴机器人运动至动车前挡风玻璃的中心位置。此时测距器开启工作，并反馈检测到的距离数据，如果距离存在误差，则控制六轴机器人在X轴前后运动直至达到标准距离。

步骤2，图像捕捉器采集一帧动车图像，该图像与预存的图像进行对比，确定动车型号及玻璃规格，并将整个前挡风玻璃的清洗面积进行12等分，来划分清理区域，各清理区域与预存的标准图像进行比对，确认每个清理区域的污染程度，并结合不同的玻璃类别，选择相应的清洗方式；

在此步骤中，由于动车前挡风玻璃是弧形的，为了防止六轴机器人清洗到除玻璃以外的区域，我们根据图像捕捉器采集到的图像，通过Blob分析去除干扰背景，留下感兴趣需要清理的前景目标区域，将目标区域转换为XLD轮廓，通过卷积原理，对XLD轮廓进行高斯线条提取算法，这样就得到了整个玻璃轮廓像素坐标，经过手眼标定后生成的矩阵便很容易得到世界坐标。依据采集到的图像计算获取到图像的宽度和高度，这样六轴机器人便可以在限定的坐标范围内进行清洗工作。测距器始终开启工作，目的是让清洁喷头始终保持X轴垂直高度不变的状态下清洗。

步骤3，在六轴机器人完成清洗后，控制六轴机器人运动至玻璃中心点前方。此时图像捕捉器开启工作，再次采集一帧图像。为了完成清洗效果的检测，我们事先收集多张标准的玻璃图像进行训练，通过差分模型技术将图像捕捉器采集到的图像传回至图像识别处理模块中进行检测，如果存在脏污，则自动标记出来，再将脏污处的世界坐标发送给六轴机器人再次进行清洗。就这样往复进行直至输出OK为止。最后六轴机器人运动至初始位置等待下一步工作的指令。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (4)

1.一种动车前挡风玻璃自动清洗的控制方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1，将动车行驶至预定清洗位置范围内，通过测距定位判断动车停车位置，并对动车拍照，结合测距和照片图像控制清洁喷头移动至动车前挡风玻璃的前方；

所述步骤1中，结合测距和照片图像控制清洁喷头移动至动车前挡风玻璃的前方的具体过程是：首先对照片图像进行处理，获取前挡风玻璃的轮廓线，将清洁喷头移动至动车前挡风玻璃的中心位置；再根据测距使清洁喷头前后移动直至达到标准距离；

所述对照片图像进行处理的具体过程是：

步骤11，将图像从笛卡尔坐标转换为极坐标，从而实现图像的拉直；

步骤12，对拉直处理后的图像抠出感兴趣的区域后将图像转换为XLD轮廓，通过分割技术过滤掉除玻璃垂直边以外的其余轮廓线；

步骤13，通过直线拟合技术，求出对角线的角点中心坐标，此时的坐标为像素坐标，再进行手眼标定，将像素坐标转换为世界坐标；

步骤14，基于转换后的世界坐标，控制六轴机器人带动清洁喷头运动至动车前挡风玻璃的中心位置；

所述步骤11后，还包括对经过拉直处理后的图像进行Blob分析，若采集效果不符合要求，则调整镜头的曝光时间，获取的图像重复步骤11进行拉直处理后再进行Blob分析，直至得到采集效果符合要求的图像；

步骤2，采集一帧动车图像，该图像与预存的图像进行对比，确定动车型号及玻璃规格，并对整个前挡风玻璃的清洗面积划分清理区域，各清理区域与预存的标准图像进行比对，确认每个清理区域的污染程度，并结合不同的玻璃类别，选择相应的清洗方式；

所述步骤2中，为了防止清洗到除玻璃以外的区域，首先，根据采集到的图像，通过Blob分析去除干扰背景，留下感兴趣需要清理的前景目标区域；然后，将目标区域转换为XLD轮廓，对XLD轮廓进行高斯线条提取算法，得到整个玻璃轮廓像素坐标；最后，经过手眼标定后生成的矩阵得到世界坐标，计算图像的宽度和高度，从而实现在限定的坐标范围内进行清洗工作；

步骤3，完成清洗后，控制清洁喷头运动至玻璃前方，再次采集一帧图像，进行清洗效果的检测。

2.如权利要求1所述的动车前挡风玻璃自动清洗的控制方法，其特征在于：所述步骤2中，在清洗过程中，始终进行测距工作，使清洁喷头保持垂直高度不变。

3.如权利要求1所述的动车前挡风玻璃自动清洗的控制方法，其特征在于：所述步骤3中，进行清洗效果的检测的具体过程是：首先收集多张标准的玻璃图像进行训练，再通过差分模型技术将步骤3采集的图像进行检测，如果存在脏污，则进行标记，再将脏污处的世界坐标发送给清洁喷头再次进行清洗，然后再采集一帧图像进行检测，直至不存在脏污为止。

4.基于如权利要求1所述的一种动车前挡风玻璃自动清洗的控制方法的控制系统，其特征在于：包括快速移动平台、六轴机器人、测距器、图像捕捉器、清洁喷头、存料装置、空气压缩机和图像识别处理模块，其中，六轴机器人、存料装置、空气压缩机均安装在快速移动平台上，跟随快速移动平台移动，测距器、图像捕捉器、清洁喷头均安装在六轴机器人的前端；

存料装置与清洁喷头连接，用于提供清洗所需的清洁用料，清洁喷头则在六轴机器人的可活动范围内完成清洗工作；空气压缩机用于提供存料装置向清洁喷头供料的动力；测距器用于在图像识别处理模块的控制下，测量快速移动平台与动车之间的距离并进行反馈；图像捕捉器用于在图像识别处理模块的控制下，采集动车及/或动车前挡风玻璃的图像并进行反馈；图像识别处理模块用于根据反馈的距离控制快速移动平台的移动，图像识别处理模块对反馈的图像进行处理后，控制六轴机器人的动作，完成清洗工作。

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