CN112428960A - 自适应车顶轮廓洗车方法、系统、装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于洗车机器人技术领域，具体涉及一种自适应车顶轮廓洗车方法、系统、装置，旨在现有接触式自动洗车装置不能依据不同车型自动调整滚刷移动路径，导致清洗效果较差的问题。本方法包括当检测到车辆驶入洗车区域且洗车装置正常上电后，采集待洗车辆车顶表面的轮廓数据，作为输入数据；将输入数据转换到车辆坐标系，并通过点云聚类算法进行滤波去噪处理；将去噪处理后的轮廓数据投影到洗车装置滚刷的运动平面，作为轮廓投影数据；基于轮廓投影数据，通过预设的滚刷移动路径规划算法生成滚刷移动路径，并根据该路径移动滚刷对待洗车辆进行清洗。本发明能依据不同车型自动调整滚刷移动路径，提升了清洗效果。

Description

自适应车顶轮廓洗车方法、系统、装置

技术领域

本发明属于洗车机器人技术领域，具体涉及一种自适应车顶轮廓洗车方法、系统、装置。

背景技术

目前市场上投入使用的自动洗车房通常分为两种：接触式自动洗车房和非接触式自动洗车房，非接触式自动洗车房一般采用高压水枪喷射的方式去除车体表面污渍，接触式自动洗车房一般采用滚刷擦拭的方式去除车体表面污渍。两种自动洗车方式各有优缺点，其中接触式自动洗车房在上部和左右两侧配置移动滚刷，在车辆停入洗车区后，启动滚刷由前向后滚动滑过车身完成洗车过程。滚刷周身附着一定长度的软质刷条，移动路径固定，由于刷条具有一定长度且质地柔软，故即使滚刷运动路径固定也可完成对不同大小和款式的车型的清洗。但是此种洗车方式存在机械不灵活的缺点，车型不同，滚刷与车体表面的接触距离就不同，不能很好地利用滚刷取得最优的洗车效果。基于此，本发明提出了一种自适应车顶轮廓洗车方法。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有接触式自动洗车装置不能依据不同车型自动调整滚刷移动路径，导致清洗效果较差的问题，本发明第一方面，提出了一种自适应车顶轮廓洗车方法，该方法包括：

步骤S10，当检测到车辆驶入洗车区域且洗车装置正常上电后，采集待洗车辆车顶表面的轮廓数据，作为输入数据；

步骤S20，将所述输入数据转换到车辆坐标系，并通过点云聚类算法进行滤波去噪处理；所述车辆坐标系是以车宽方向为x轴、车长方向为y轴、车顶表面到数据采集装置的方向为z轴的坐标系；

步骤S30，将去噪处理后的轮廓数据投影到洗车装置滚刷的运动平面，作为轮廓投影数据；

步骤S40，基于所述轮廓投影数据，通过预设的滚刷移动路径规划算法生成滚刷移动路径，并根据该路径移动滚刷对待洗车辆进行清洗。

在一些优选的实施方式中，所述待洗车辆车顶表面的轮廓数据为待洗车辆在洗车区域内、距地高度大于设定高度阈值的表面轮廓数据。

在一些优选的实施方式中，所述洗车装置滚刷的运动平面为车辆坐标系的yoz平面。

在一些优选的实施方式中，步骤S40中“通过预设的滚刷移动路径规划算法生成滚刷移动路径”，其方法为：

步骤S41，初始化参数；所述参数包括滚刷移动路径集合path、当前步规划的起点的横向坐标y_curr、规划步长y_step、滚刷机械约束下每步规划可改变的距离z_step以及滚刷距离车顶表面的最优安全距离z_{safe_dis}；

步骤S42，获取在规划区间[y_curr，y_curr+y_step]内所述轮廓投影数据中的车顶表面在世界坐标系中的最大高度z_max；

步骤S43，若z_max+z_{safe_dis}≤z_last+z_step，则z_curr＝z_max+z_{safe_dis}；否则

z_last为上一个路点的纵向坐标，即上一个规划区间内路径对应的纵向坐标；生成路径[y_curr，z_step]并增入滚刷移动路径集合；

步骤S44，令y_curr＝y_curr+y_step，循环执行步骤S42-S43，直至车顶轮廓遍历完毕。

本发明的第二方面，提出了一种自适应车顶轮廓洗车系统，该系统包括：支撑装置、移动装置、数据采集装置、处理器、洗车装置；

所述支撑装置包括门型框架；

所述移动装置装设于所述门型框架上横梁的设定位置，用于带动所述数据采集装置沿所述横梁延伸方向移动；

所述数据采集装置，配置为当检测到车辆驶入洗车区域且洗车装置正常上电后，采集待洗车辆车顶表面的轮廓数据；

所述处理器，配置为基于所述数据采集装置采集待洗车辆车顶表面的轮廓数据，通过权利要求上述的自适应车顶轮廓洗车方法生成洗车装置滚刷的移动路径；

所述洗车装置，配置为基于所述处理器输出的滚刷移动路径控制滚刷清洗待洗车辆。

在一些优选的实施方式中，所述移动装置包括滑轨、齿条、滑块、行程电机；

所述滑轨、所述齿条附着在横梁下表面；

所述滑块悬接在所述滑轨上；

所述行程电机与所述齿条啮合，并与所述数据采集装置固接，行程电机转动带动所述数据采集装置在横梁上移动。

在一些优选的实施方式中，所述数据采集装置为单线激光雷达。

本发明的第三方面，提出了一种存储装置，其中存储有多条程序，所述程序适用于由处理器加载并执行以实现上述的自适应车顶轮廓洗车方法。

本发明的第四方面，提出了一种处理装置，包括处理器、存储装置；处理器，适用于执行各条程序；存储装置，适用于存储多条程序；所述程序适用于由处理器加载并执行以实现上述的自适应车顶轮廓洗车方法。

本发明的有益效果：

本发明能依据不同车型自动调整滚刷移动路径，提升了清洗效果。

本发明在贴合车体轮廓、符合机械结构约束的条件下，设置滚刷距离车体表面的最佳工作距离，根据最优洗车效果及滚刷机械约束规划滚刷的移动路径，可以获取不同车型车顶表面轮廓，自主智能规划滚刷移动路径，使得滚刷可以最佳接触距离擦拭车体表面，优化利用自动洗车结构，达到最佳洗车效果。

附图说明

通过阅读参照以下附图所做的对非限制性实施例所做的详细描述，本申请的其他特征、目的和优点将会变得更明显。

图1是本发明一种实施例的自适应车顶轮廓洗车方法的流程示意图；

图2是本发明一种实施例的自适应车顶轮廓洗车系统的主体结构图；

图3是本发明一种实施例的自适应车顶轮廓洗车系统中移动装置的结构示意图；

图4是本发明一种实施例的采集的轮廓数据以及生成的滚刷路径的示意图；

图5是本发明一种实施例的滚刷移动路径规划算法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明第一实施例的一种自适应车顶轮廓洗车方法，应用于自适应车顶轮廓洗车系统，包括：支撑装置、移动装置、数据采集装置、处理器、洗车装置，具体结构在第二实施例中详述；自适应车顶轮廓洗车方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤S10，当检测到车辆驶入洗车区域且洗车装置正常上电后，采集待洗车辆车顶表面的轮廓数据，作为输入数据；

步骤S20，将所述输入数据转换到车辆坐标系，并通过点云聚类算法进行滤波去噪处理；所述车辆坐标系是以车宽方向为x轴、车长方向为y轴、车顶表面到数据采集装置的方向为z轴的坐标系；

步骤S30，将去噪处理后的轮廓数据投影到洗车装置滚刷的运动平面，作为轮廓投影数据；

步骤S40，基于所述轮廓投影数据，通过预设的滚刷移动路径规划算法生成滚刷移动路径，并根据该路径移动滚刷对待洗车辆进行清洗。

为了更清晰地对本发明自适应车顶轮廓洗车方法进行说明，下面结合附图对本发明方法一种实施例中各步骤进行展开详述。

步骤S10，当检测到车辆驶入洗车区域且洗车装置正常上电后，采集待洗车辆车顶表面的轮廓数据，作为输入数据；

在本实施例中，当检测到车辆驶入洗车区域且洗车装置正常上电后，数据采集装置每隔设定时长Δt采集待洗车辆车顶表面的轮廓数据，即待洗车辆驶入后停在指定洗车区域，在指定洗车区域内、距地高度大于设定高度阈值的数据即为车顶轮廓数据，在本发明实施例中，高度阈值优选设置为0.5米。

步骤S20，将所述输入数据转换到车辆坐标系，并通过点云聚类算法进行滤波去噪处理；所述车辆坐标系是以车宽方向为x轴、车长方向为y轴、车顶表面到数据采集装置的方向为z轴的坐标系；

在本实施例中，即基于数据采集装置坐标系与车辆坐标系的转换关系，将采集的轮廓数据转换到车辆坐标系。车辆坐标系是以车宽方向为x轴、车长方向为y轴、车顶表面到数据采集装置的方向为z轴的坐标系。

转换后，通过点云聚类算法对采集的轮廓数据进行滤波去噪处理。

步骤S30，将去噪处理后的轮廓数据投影到洗车装置滚刷的运动平面，作为轮廓投影数据；

在本实施例中，步骤S20得到的去噪处理后的轮廓数据为固定坐标系下的三维坐标数据，由于洗车装置的滚刷的移动为从前向后、上下轮换，故为二维自由度，将轮廓数据投影到滚刷运动平面内，在本发明实施例中，滚刷运动平面与车辆三维坐标系yoz平面平行，将去噪后的轮廓数据投影到yoz平面，作为轮廓投影数据。目的是利用车顶表面轮廓数据规划滚刷移动路径。

步骤S40，基于所述轮廓投影数据，通过预设的滚刷移动路径规划算法生成滚刷移动路径，并根据该路径移动滚刷对待洗车辆进行清洗。

滚刷虽包裹软质刷条，但只有距离车体表面距离合适时才能达到好的擦拭效果，带动滚刷移动的机械结构存在动力学约束，故需在贴合车体轮廓、符合机械结构约束的条件下规划滚刷移动路径。

在本实施例中，设置滚刷距离车体表面的最佳工作距离，根据最优洗车效果及滚刷机械约束规划滚刷的移动路径，生成滚刷移动路径，如图4所示。

生成滚刷移动路径的过程，如图5所示，具体如下：

步骤S41，初始化参数{y_curr，y_step，z_step，z_{safe_dis}，path＝{}}；即图5中的规划设置，包括滚刷移动路径集合path，路径坐标维度为二维，分别代表前后移动和上下移动，初始路点(即区间路径)为空，当前步规划的起点的横向坐标y_curr，初始值为投影轮廓数据横向坐标的最小值、规划步长y_step、滚刷机械约束下每步规划可改变的距离z_step以及滚刷距离车顶表面的最优安全距离z_{safe_dis}；本发明中，y_step优选设置为0.1米，z_step优选设置为0.05米，z_{safe_dis}优选设置为0.25米；

步骤S42，获取在规划区间[y_curr，y_curr+y_step]内所述轮廓投影数据中的车顶表面在世界坐标系中的最大高度z_max，即车顶表面距离地面的最大高度；

步骤S43，若z_max+z_{safe_dis}≤z_last+z_step，则z_curr＝z_max+z_{safe_dis}；否则

z_last为上一个路点的纵向坐标，即上一个规划区间内路径对应的纵向坐标；生成路径[y_curr，z_step]并增入滚刷移动路径集合，增加后滚刷移动路径集合表示为path＝{...，[y_curr，z_step]}；

步骤S44，令y_curr＝y_curr+y_step，循环执行步骤S42-S43，直至车顶轮廓遍历完毕，输出规划得到的滚刷移动路径。

本发明第二实施例的本发明的一种自适应车顶轮廓洗车系统，如图2、3所示，该系统包括：支撑装置1、移动装置3、数据采集装置2、处理器、洗车装置；

所述支撑装置1包括门型框架；

所述移动装置3装设于所述门型框架上横梁的设定位置，用于带动所述数据采集装置2沿所述横梁延伸方向移动；

所述数据采集装置2，配置为当检测到车辆驶入洗车区域且洗车装置正常上电后，采集待洗车辆车顶表面的轮廓数据；

所述处理器，配置为基于所述数据采集装置采集待洗车辆车顶表面的轮廓数据，通过上述的自适应车顶轮廓洗车方法生成洗车装置滚刷的移动路径；

所述洗车装置，配置为基于所述处理器输出的滚刷移动路径控制滚刷清洗待洗车辆。

为了更清晰地对本发明自适应车顶轮廓洗车系统进行说明，下面结合附图对本发明系统实施例中各系统展开详述。

支撑装置1，用于承载获取车型轮廓所需的其他所有部件，该结构呈门形框架结构，包括平行设置的第一竖梁、第二竖梁以及设置于第一竖梁与第二竖梁之间的横梁，横梁上装有数据采集装置2和移动模块3，下部开放，用于车辆停入。本发明中，支撑装置1优选设置距水平地面高度为5米，第一竖梁、第二竖梁距宽优选设置为3米。

移动装置3，装设于门型框架上横梁的设定位置，本发明设定位置为朝车辆方向的一侧，包括行程电机31、滑轨32、滑块33、齿条34，滑轨32、齿条34附着在横梁下表面，滑块33悬接在滑轨32上，行程电机31与齿条34啮合并与数据采集装置2固接，行程电机31转动带动数据采集装置沿横梁延伸方向移动，在本发明的实施例中，行程电机31的滑动速度优选设置为0.3米/秒。

数据采集装置2，配置为当检测到车辆驶入洗车区域且洗车装置正常上电后，采集待洗车辆车顶表面的轮廓数据。本发明中，数据采集装置2使用单线激光雷达进行采集。

处理器，配置为基于采集装置采集待洗车辆车顶表面的轮廓数据，通过上述的自适应车顶轮廓洗车方法生成洗车装置滚刷的移动路径。

洗车装置，配置为基于所述处理器输出的滚刷移动路径控制滚刷清洗待洗车辆，洗车装置滚刷的横梁略低位于本发明支撑装置的横梁，两者呈十字交叉，在获取车体轮廓前，滚刷静置于其横梁轨道末端。

所述技术领域的技术人员可以清楚的了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统具体的工作过程及有关说明，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

需要说明的是，上述实施例提供的自适应车顶轮廓洗车系统，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，在实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块来完成，即将本发明实施例中的模块或者步骤再分解或者组合，例如，上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。对于本发明实施例中涉及的模块、步骤的名称，仅仅是为了区分各个模块或者步骤，不视为对本发明的不当限定。

本发明第三实施例的一种存储装置，其中存储有多条程序，所述程序适用于由处理器加载并实现上述的自适应车顶轮廓洗车方法。

本发明第四实施例的一种处理装置，包括处理器、存储装置；处理器，适于执行各条程序；存储装置，适于存储多条程序；所述程序适用于由处理器加载并执行以实现上述的自适应车顶轮廓洗车方法。

所述技术领域的技术人员可以清楚的了解到，未描述的方便和简洁，上述描述的存储装置、处理装置的具体工作过程及有关说明，可以参考前述方法实例中的对应过程，在此不再赘述。

需要说明的是，本申请上述的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本申请中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本申请中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本申请的操作的计算机程序代码，上述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

附图中的流程图和框图，图示了按照本申请各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不是用于描述或表示特定的顺序或先后次序。

术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、方法、物品或者设备/装置所固有的要素。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种自适应车顶轮廓洗车方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤S10，当检测到车辆驶入洗车区域且洗车装置正常上电后，采集待洗车辆车顶表面的轮廓数据，作为输入数据；

步骤S20，将所述输入数据转换到车辆坐标系，并通过点云聚类算法进行滤波去噪处理；所述车辆坐标系是以车宽方向为x轴、车长方向为y轴、车顶表面到数据采集装置的方向为z轴的坐标系；

步骤S30，将去噪处理后的轮廓数据投影到洗车装置滚刷的运动平面，作为轮廓投影数据；

步骤S40，基于所述轮廓投影数据，通过预设的滚刷移动路径规划算法生成滚刷移动路径，并根据该路径移动滚刷对待洗车辆进行清洗。

2.根据权利要求1所述的自适应车顶轮廓洗车方法，其特征在于，所述待洗车辆车顶表面的轮廓数据为待洗车辆在洗车区域内、距地高度大于设定高度阈值的表面轮廓数据。

3.根据权利要求1所述的自适应车顶轮廓洗车方法，其特征在于，所述洗车装置滚刷的运动平面为车辆坐标系的yoz平面。

4.根据权利要求1所述的自适应车顶轮廓洗车方法，其特征在于，步骤S40中“通过预设的滚刷移动路径规划算法生成滚刷移动路径”，其方法为：

步骤S41，初始化参数；所述参数包括滚刷移动路径集合path、当前步规划的起点的横向坐标y_curr、规划步长y_step、滚刷机械约束下每步规划可改变的距离z_step以及滚刷距离车顶表面的最优安全距离z_{safe_dis}；

步骤S42，获取在规划区间[y_curr，y_curr+y_step]内所述轮廓投影数据中的车顶表面在世界坐标系中的最大高度z_max；

步骤S43，若z_max+z_{safe_dis}≤z_last+z_step，则z_curr＝z_max+z_{safe_dis}；否则

z_last为上一个路点的纵向坐标，即上一个规划区间内路径对应的纵向坐标；生成路径[y_curr，z_step]并增入滚刷移动路径集合；

步骤S44，令y_curr＝y_curr+y_step，循环执行步骤S42-S43，直至车顶轮廓遍历完毕。

5.一种自适应车顶轮廓洗车系统，其特征在于，该系统包括：支撑装置、移动装置、数据采集装置、处理器、洗车装置；

所述支撑装置包括门型框架；

所述移动装置装设于所述门型框架上横梁的设定位置，用于带动所述数据采集装置沿所述横梁延伸方向移动；

所述数据采集装置，配置为当检测到车辆驶入洗车区域且洗车装置正常上电后，采集待洗车辆车顶表面的轮廓数据；

所述处理器，配置为基于所述数据采集装置采集待洗车辆车顶表面的轮廓数据，通过权利要求1-4任一项所述的自适应车顶轮廓洗车方法生成洗车装置滚刷的移动路径；

所述洗车装置，配置为基于所述处理器输出的滚刷移动路径控制滚刷清洗待洗车辆。

6.根据权利要求5所述的自适应车顶轮廓洗车系统，其特征在于，所述移动装置包括滑轨、齿条、滑块、行程电机；

所述滑轨、所述齿条附着在横梁下表面；

所述滑块悬接在所述滑轨上；

所述行程电机与所述齿条啮合，并与所述数据采集装置固接，行程电机转动带动所述数据采集装置在横梁上移动。

7.根据权利要求5所述的自适应车顶轮廓洗车系统，其特征在于，所述数据采集装置为单线激光雷达。

8.一种存储装置，其中存储有多条程序，其特征在于，所述程序适用于由处理器加载并执行以实现权利要求1-4所述的自适应车顶轮廓洗车方法。

9.一种处理装置，包括处理器、存储装置；处理器，适用于执行各条程序；存储装置，适用于存储多条程序；其特征在于，所述程序适用于由处理器加载并执行以实现权利要求1-4所述的自适应车顶轮廓洗车方法。

Images