CN114160507B - 基于多重传感检测的激光清洗路径自动规划方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于多重传感检测的激光清洗路径自动规划方法，控制终端根据待清洗工件的形状和位置自动对清洗路径进行规划，并生成初始作业规划路径，控制终端利用该初始作业规划路径控制预设的机器人进行清洗作业，从而不需要工作人员手动设置清洗路径，进而提高了工作效率；通过对清洗结果图像的识别，控制终端能够得知清洗的效果，并在清洗不完全时安排进行再次清洗，从而提高了清洗效果，减小了对工件的清洗不完全的可能性。

Description

基于多重传感检测的激光清洗路径自动规划方法

技术领域

本发明涉及一种激光清洗技术，特别涉及一种基于多重传感检测的激光清洗路径自动规划方法。

背景技术

激光清洗利用激光能量密度高、聚焦性强、方向性好等特点，通过透镜组合聚焦光束，把光束集中到一个很小的区域中，利用激光脉冲的振动、分子的光分解或相变或它们的粒子联合作用等克服污物与基体表面之间的结合力，使污物脱离表面而达到清洗的目的。相较于传统的各种清洗方法，激光清洗具有高效、绿色无污染、无损伤、非接触式清洗等特点。

目前，在需要对工件进行激光清洗时，通常需要工作人员在加工前手动设置激光清洗头的移动路径。由于不同的工件尺寸、形状等往往存在差异，导致加工不同的工件需要设置不同的清洗路径，如果每次均由工作人员手动设置激光清洗头的清洗路径，会对工作效率造成较大影响。

发明内容

为了实现清洗路径的自动规划，提高工作效率，提出了一种基于多重传感检测的激光清洗路径自动规划方法。

本发明的技术方案为：一种基于多重传感检测的激光清洗路径自动规划方法，包括：

接收到作业开始指令，则生成图像采集信号；

视觉设备根据图像采集信号进行获取实时区域图像并反馈；

在接收到所述实时区域图像后，将其与作业关联的控制文件库进行对比；

通过将所述实时区域图像和所述控制文件库中工件特征进行对比，识别出待清洗工件，并将与所述待清洗工件匹配的工件特征所对应的控制文件标记为当前控制文件；

对识别出的所述待清洗工件进行定位处理，生成对应的工件边缘函数；

根据获取的工件边缘函数和当前控制文件中的作业内容，生成初始作业规划路径；

根据所述初始作业规划路径以使预设的机器人开始清洗作业；清洗完成后获取清洗结果。

进一步，所述作业关联的控制文件库获得方法：

在每次对新的工件进行加工前和后，均采集对应的工件特征照片；

接收到工件特征照片后，对其进行图像识别处理，提取出工件特征，根据工件特征分配工件种类编号，获得所有新的工件的工件种类编号；

建立作业内容和工件种类编号的对应关系，生成控制文件并将其更新至控制文件库中。

进一步，所述对识别出的所述待清洗工件进行定位处理后，继续对实时区域图像进行图像识别处理，若识别出存在不与任何工件特征匹配的图形，则将该图形标记为障碍物，对障碍物进行定位处理，识别计算得到每个障碍物的轮廓所对应的障碍物边缘函数，初始作业规划路径中避让障碍物。

进一步，所述清洗作业过程中实时检测激光清洗头与待清洗工件的待清洗面之间的竖直距离，并生成实时高度信号，实时高度信号中携带有激光清洗头相对于待清洗工件表面的实时高度，将实时高度与当前控制文件的作业内容中的激光清洗头加工高度进行对比，根据实时高度与激光清洗头加工高度之间的差值，生成实时调整信号，保证激光清洗效果。

进一步，所述清洗完成后获取清洗结果后，对获取到的清洗结果图像进行图像识别处理，识别出清洗结果图像中的颜色异常区域，并将其标记为未洗净区域，对识别未洗净区域的位置，生成未洗净区域边缘函数，根据未洗净区域边缘函数生成补充作业规划路径，进行进一步清洗。

实现所述基于多重传感检测的激光清洗路径自动规划方法的控制终端，所述控制终端包括信息接收模块、处理模块、信息发送模块和数据存储模块；

信息接收模块，用于接收接收作业指令和实时区域图像；

处理模块，用于处理信息接收模块接收到的各种信号，并对应生成不同的控制信号，用于生成控制文件；

信息发送模块，用于将处理模块生成的各种控制信号和信息反馈至执行模块。数据存储模块，用于存储预设的控制文件库以及各种处理方法。

一种基于多重传感检测的激光清洗路径自动规划系统，包括控制终端、工作台、以及设置于工作台上的机器人装置；工作台上设有障碍物报警的语音播报设备、工作区域以及供机器人装置在其上滑移的导轨；机器人装置包括移动单元、机械臂单元、激光清洗单元、图像采集单元和距离监测单元；所述激光清洗单元和图像采集单元均安装于机械臂单元上；

所述移动单元用于带动机器人装置移动；

所述机械臂单元用于带动激光清洗单元和图像采集单元移动；

所述激光清洗单元用于进行清洗；

所述图像采集单元用于获取图像。

优选的，所述工作区域内设置有定位点，作为识别定位处理的参考点。

本发明的有益效果在于：本发明基于多重传感检测的激光清洗路径自动规划方法，控制终端根据待清洗工件的形状和位置自动对清洗路径进行规划，并生成初始作业规划路径，控制终端利用该初始作业规划路径控制预设的机器人进行清洗作业，从而不需要工作人员手动设置清洗路径，进而提高了工作效率；通过对清洗结果图像的识别，控制终端能够得知清洗的效果，并在清洗不完全时安排进行再次清洗，从而提高了清洗效果，减小了对工件的清洗不完全的可能性。

附图说明

图1为本发明实施例中用于体现基于多重传感检测的激光清洗路径自动规划系统的结构框图；

图2为本发明实施例中用于体现基于多重传感检测的激光清洗路径自动规划系统的示意图；

图3为本发明实施例中用于体现基于多重传感检测的激光清洗路径自动规划方法的流程示意图；

图4为本发明实施例中用于体现S10具体步骤的流程示意图；

图5为本发明实施例中用于体现S20具体步骤的流程示意图；

图6为本发明实施例中用于待加工工件的轮廓在二维坐标系网格图中位置的示意图；

图7为本发明实施例中用于体现S30具体步骤的流程示意图；

图8为本发明实施例中用于体现S40具体步骤的流程示意图；

图9为本发明实施例中用于体现控制终端的结构框图。

附图标记：1、控制终端；11、信息接收模块；12、处理模块；13、信息发送模块；14、数据存储模块；2、工作台；21、语音播报设备；22、工作区域；23、导轨；24、定位点；3、机器人装置；31、移动单元；32、机械臂单元；33、激光清洗单元；34、图像采集单元；35、距离监测单元。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本申请实施例公开一种基于多重传感检测的激光清洗路径自动规划系统，如图1和图2所示，系统包括：控制终端1、工作台2、以及设置于工作台2上的机器人装置3。其中，工作台2上设有语音播报设备21、工作区域22以及供机器人装置3在其上滑移的导轨23，工作区域22内设置有定位点24，导轨23沿工作台2的长度方向设置且位于工作区域22的一侧。机器人装置3包括移动单元31、机械臂单元32、激光清洗单元33、图像采集单元34和距离监测单元35。

移动单元31，用于驱动机器人装置3沿导轨23移动；

机械臂单元32，包括具有六自由度的机械臂，激光清洗单元33、图像采集单元34和距离监测单元35均安装于机械臂上；

激光清洗单元33，包括用于对工件进行清洗的激光清洗头；

图像采集单元34，包括视觉采集设备，例如CCD线阵相机，用于采集工作台2上工作区域22内的各类图像；距离监测单元35，包括距离传感器。

基于上述系统，本申请实施例还公开一种基于多重传感检测的激光清洗路径自动规划方法。参照图3，基于多重传感检测的激光清洗路径自动规划方法包括如下步骤：

S10：生成或更新控制文件库。

S20：接收到作业开始指令后，计算生成初始作业规划路径。

S30：反馈初始作业规划路径以开始清洗，并在清洗过程中获取监测数据。

S40：接收到初步清洗完成信号后，获取清洗结果，根据清洗结果进行不同处理。

结合图4，S10具体包括如下步骤：

S101：接收工件特征照片。

其中，工件特征照片反应了工件的特征以及外轮廓。在每次对新的工件进行加工前，均需要采集对应的工件特征照片。在本实施例中，需要加工的工件主要为平板件，因此工作特征照片为工件的平面俯视图。工件特征照片由工作人员控制视觉设备拍摄生成，并实时反馈给控制终端1，在本实施例中，视觉设备采集到的工件特征照片采用DTCP-IP流媒体的方式进行传输，传输过程中，采用实时传输协议或者传输控制协议对数据进行实时传输差错控制。

S102：提取工件特征。

具体的，控制终端1在接收到工件特征照片后，对其进行图像识别处理，从而提取出工件特征。控制终端1自动为工件特征分配工件种类编号，获得所有新的工件的工件种类编号。

S103：获取与工件对应的作业内容。

具体的，作业内容由工作人员手动录入控制终端1中，录入过程中，工作人员在步骤102特征分配的工件种类编号中选取对应的作业工件种类编号，从而建立作业内容和工件种类编号的对应关系，从而使得每种类型的工件均对应有一个作业内容。

S104：生成控制文件并将其更新至控制文件库中。

具体的，控制终端1将工件特征和对应的作业内容进行关联存储，从而生成对应于一种工件的控制文件，之后，控制终端1将生成的控制文件更新至控制文件库中。

参照图3和图5，在接收到作业开始指令后，则进入S20，S20具体包括：

S201：生成并反馈图像采集信号。

具体的，工作人员将待清洗工件放入工作台2上的工作区域22后，向控制终端1发出作业开始指令，控制终端1在接收到作业开始指令后，生成图像采集信号。控制终端1将图像采集信号发送至机器人装置3，使得机器人装置3上的移动单元31驱动机器人装置3沿着导轨23进行一次往复运动，在此过程中，机器人装置3内的图像采集单元34对工作台2的工作区域22进行全幅面扫描拍照，从而获取工作区域22的实时区域图像，该实时区域图像为工作区域22的平面俯视图。机器人装置3将获取到的实时区域图像实时反馈给控制终端1。

在接收到实时区域图像后，进入S202。

S202：从实时区域图像中识别出待清洗工件。

具体的，控制终端1将获取到的实时区域图像与控制文件库中的控制文件进行逐一对比。对比时，将实时区域图像依次与各个控制文件中的工件特征进行对比，当识别到实时区域图像中存在与任意工件特征匹配的图形，则将该图像标记为待清洗工件，同时将该工件特征所对应的控制文件标记为当前控制文件。之后，同时进入S203和S204。

S203：对待清洗工件进行定位处理。

具体的，控制终端1中预设有二维坐标系网格图，该二维坐标系网格图以机器人装置3的初始位置的中心为坐标原点，以导轨23的长度方向为X轴，以垂直于导轨23且经过坐标原点的直线为Y轴，同时，该二维坐标系网格图中还记录有定位点24的坐标。需要注意的是，图像采集单元34在采集图像时的高度是固定的，因此采集到的所有图像的比例尺均一致。

控制终端1通过识别实时区域图像中预设的定位点24的位置，将获取到的实时区域图像与二维坐标系网格图相重合，从而计算获得实时区域图像中的待清洗工件的轮廓所对应的工件边缘函数。举例来说，参照图6，图中(0，0)即为坐标原点，图中的圆形即为待加工工件的俯视图，识别时，获取圆形上任意三点的坐标(x_1，y_1)、(x_2，y_2)和(x_3，y_3)，将三点坐标分别代入圆的一般方程x²+y²+ax+by+c＝0，即可得出该工件边缘函数所对应的函数式。之后，进入S207。

S204：识别是否存在障碍物。

在识别出待清洗工件后，控制终端1继续对实时区域图像进行图像识别处理，若识别出存在不与任何工件特征匹配的图形，则将该图形标记为障碍物，之后，同时进入S205和S206。否则不作处理。

S205：生成告警信号。

具体的，控制终端1生成告警信号，该告警信号中携带有语音提示信息，该语音提示信息可以是“工作台2上存在异物，请及时清理。”等具有提示意味的语句。控制系统将该告警信号进行暂存。

S206：对障碍物进行定位处理。

具体的，类似于S203，控制终端1通过识别实时区域图像中机器人装置3和导轨23的位置，将获取到的实时区域图像与二维坐标系网格图相重合，从而识别计算得到每个障碍物的轮廓所对应的障碍物边缘函数。之后，进入S207。

S207：生成初始规划路径。

具体的，根据当前控制文件中的作业内容、S203中计算生成的工件边缘函数，以及S206中生成的障碍物边缘函数，生成初始规划路径。其中，作业内容中记录有以下参数：激光强度、激光清洗速度和激光清洗头加工高度。初始规划路径中记录有移动单元31移动规划、机械臂运作规划和激光清洗头工作规划。

其中，移动单元31移动规划根据激光清洗速度以及工件边缘函数计算生成，用于对移动单元31进行控制，使其按照设定的工作时间和移动速度带动机器人装置3沿导轨23移动。

机械臂运作规划用于设置机械臂的运行轨迹，使其带动其上的激光清洗头经过待清洗工件上的所有待清洗特征区域，同时避开所有障碍物。其中，待清洗工件上的待清洗特征区域是由工件边缘函数在实时区域图像上所围成的区域体现的，障碍物的位置则是由障碍物边缘函数的函数曲线体现的。

激光清洗头工作规划则用于使激光清洗头按照对应的工作内容中记录的激光强度，在移动到待清洗工件的待清洗区域上方时进行出光，从而对待清洗工件进行清洗。

S208：反馈初始规划路径。

具体的，控制终端1将生成的初始规划路径反馈至机器人装置3，使得机器人装置3上的移动组件带动机器人装置3整体沿着导轨23运行，在此过程中，机械臂带动其上的激光清洗头逐步对待清洗工件进行清洗。同时，进入S30。

参照图7，S30具体包括：

S301：接收实时高度信号。

具体的，在机械臂带动激光清洗头带动待清洗工件进行清洗作业的过程中，设置在机械臂上的距离传感器实时检测激光清洗头与待清洗工件的待清洗面之间的竖直距离，并生成实时高度信号，实时高度信号中携带有激光清洗头相对于待清洗工件表面的实时高度。生成的实时高度信号被实时反馈给控制终端1。

S302：将实时高度与激光清洗头加工高度进行对比。

具体的，识别当前控制文件的作业内容中所记录的激光清洗头加工高度，控制终端1在接收到实时高度信号后，将获取到的实时高度与该激光清洗头加工高度进行实时对比。当识别到实时高度和激光清洗头加工高度之间存在偏差时，则进入S303，否则返回S301。

S303:生成并反馈实时调整信号。

具体的，根据实时高度与激光清洗头加工高度之间的差值，生成实时调整信号，将该实时调整信号反馈给机器人装置3，使得机械臂及时根据实时调整信号调节自身的高度，从而有助于保证激光清洗效果。之后，返回S301。

参照图3和图8，在接收到初步清洗完成信号后，进入S40。

S40具体包括：

S401：生成并反馈复位路径。

具体的，控制终端1生成复位路径，复位路径的起点为机器人装置3清洗结束后所处的终点位置，复位路径的终点为机器人装置3的初始位置。其中，机器人装置3在每次清洗完成后，均会移动并停留于指定的位置，该指定位置有工作人员预先通过控制终端1进行设定。

之后，控制终端1将上述复位路径反馈给机器人装置3，使得机器人装置3按照复位路径移动至其初始位置。在移动过程中，机器人装置3上的视觉设备会采集工作台2上的当前图像，从而获取到实时清洗结果图像。

S402：获取实时清洗结果图像。

具体的，机器人装置3在移动到初始位置后，将获取到的实时清洗结果图像反馈给控制终端1。

S403：识别实时清洗结果图像中是否存在未洗净区域。

具体的，控制终端1在接收到实时清洗结果图像后，会对其进行图像识别处理。由于工件上未洗净的部分与已洗净的部分之间会存在明显的颜色差异，因此，控制终端1能够识别出实时清洗结果图像中的颜色异常区域，并将其标记为未洗净区域。

若识别到存在未洗净区域，则进入S404，否则同时进入S406和S407。

S404：识别未洗净区域的位置，生成未洗净区域边缘函数。

具体的，类似于S203,控制终端1通过识别实时区域图像中预设的定位点24的位置，将获取到的实时清洗结果图像与二维坐标系网格图相重合，从而计算获得实时清洗结果图像中的未洗净区域的轮廓所对应的未洗净区域边缘函数。

S405：生成并反馈补充作业规划路径。

根据当前控制文件中的作业内容、未洗净区域边缘函数以及S206中生成的障碍物边缘函数，生成补充作业规划路径。之后，将生成的补充作业规划路径反馈给机器人装置3，使得机器人装置3上的移动组件带动机器人装置3整体沿着导轨23运行，在此过程中，机械臂带动其上的激光清洗头逐步对未清洗区域进行清洗。清洗完成后，机器人装置3生成并反馈补充清洗完成信号。

在接收到补充清洗完成信号后，返回S401。

S406：生成并反馈清洗完全信号。

具体的，控制系统在获取到补充清洗完成信号后，生成清洗完全信号。清洗完全信号中携带有语音播报信息，该语音播报信息可以是“清洗已完成。”等具有提示意味的语句。之后，控制终端1将清洗完全信号反馈给机器人装置3和语音播报设备21，使得机器人装置3停止运行，同时使得语音播报设备21播送语音播报信息。

S407：识别是否暂存有告警信号。

具体的，控制终端1识别预设的存储模块中是否暂存有告警信号。该告警信号即为S205中生成的告警信号。若识别到暂存有告警信号，则进入S408，否则不作处理。

S408：反馈告警信号。

具体的，控制终端1将告警信号反馈给语音播报设备21，使得语音播报设备21根据告警信号中携带的语音提示信息进行播报，从而提醒工作人员清理障碍物，从而有助于下一次清洗工作的顺利进行。

基于上述方法，本申请实施例还公开一种控制终端1，参照图9，控制终端1包括信息接收模块11、处理模块12、信息发送模块13和数据存储模块14。

信息接收模块11，用于接收由工作人员输入的各项指令和信号；用于接收机器人装置3反馈的各种信息，例如实时区域图像、清洗结果图像等。

处理模块12，用于处理信息接收模块11接收到的各种信号，并生成不同的控制信号，例如图像采集信号、实时调整信号、告警信号等；用于对信息接收模块11获取到的各类图像进行图像识别处理，并生成不同的信息，例如初始规划路径、补充作业规划路径等；用于生成控制文件。

信息发送模块13，用于将处理模块12生成的各种控制信号、各类信息等反馈给机器人装置3和语音播报设备21。

数据存储模块14，用于存储控制文件库、告警信号、信息接收模块11接收到的各项内容，以及处理模块12处理生成的各项内容。

本申请实施例还公开一种计算机可读存储介质，其存储有能够被处理器加载并执行如上述的一种基于多重传感检测的激光清洗路径自动规划方法的计算机程序，该计算机可读存储介质例如包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (1)

1.一种基于多重传感检测的激光清洗路径自动规划方法，其特征在于，包括：

接收到作业开始指令，则生成图像采集信号；

视觉采集设备根据图像采集信号进行获取实时区域图像并反馈；

在接收到所述实时区域图像后，将其与作业关联的控制文件库进行对比；

通过将所述实时区域图像和所述控制文件库中工件特征进行对比，识别出待清洗工件，并将与所述待清洗工件匹配的工件特征所对应的控制文件标记为当前控制文件；

所述作业关联的控制文件库获得方法：

1）在每次对新的工件进行加工前，采集对应的工件特征照片；

2）接收到工件特征照片后，对其进行图像识别处理，提取出工件特征，根据工件特征分配工件种类编号，获得所有新的工件的工件种类编号；

3）建立作业内容和工件种类编号的对应关系，生成控制文件并将其更新至控制文件库中；作业内容中记录的参数有激光强度、激光清洗速度和激光清洗头加工高度；

对识别出的所述待清洗工件进行定位处理，生成对应的工件边缘函数；

对识别出的所述待清洗工件进行定位处理后，继续对实时区域图像进行图像识别处理，若识别出存在不与任何工件特征匹配的图形，则将该图形标记为障碍物，对障碍物进行定位处理，识别计算得到每个障碍物的轮廓所对应的障碍物边缘函数，初始作业规划路径中避让障碍物，同时生成告警信号；

根据获取的工件边缘函数、障碍物边缘函数和当前控制文件中的作业内容，生成初始作业规划路径；初始作业规划路径中记录有移动单元移动规划、机械臂运作规划和激光清洗头工作规划；

根据所述初始作业规划路径以使预设的机器人开始清洗作业；清洗完成后获取清洗结果；

获取清洗结果后，对获取到的清洗结果图像进行图像识别处理，识别出清洗结果图像中的颜色异常区域，并将其标记为未洗净区域，对识别未洗净区域的位置，生成未洗净区域边缘函数，根据未洗净区域边缘函数、当前控制文件中的作业内容以及障碍物边缘函数生成补充作业规划路径，进行进一步清洗；

控制系统在获取到补充清洗完成信号后，生成清洗完全信号，清洗完全信号中携带有语音播报信息，之后，控制终端将清洗完全信号反馈给机器人装置和语音播报设备，使得机器人装置停止运行，同时使得语音播报设备播送语音播报信息；

控制终端识别预设的存储模块中是否暂存有告警信号，识别到暂存有告警信号，则控制终端将告警信号反馈给语音播报设备，使得语音播报设备根据告警信号中携带的语音提示信息进行播报，从而提醒工作人员清理障碍物，从而有助于下一次清洗工作的顺利进行，如未识别到暂存有告警信号则不作处理。

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