CN114594762A - 一种基于视觉的室内施工行走调节方法 - Google Patents

一种基于视觉的室内施工行走调节方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于视觉的室内施工行走调节方法，包括步骤：利用视觉检测算法获取行走路径地面倾斜程度，计算各功能轮的行走起伏线；利用行走起伏线设定各功能轮的工作方式；调节支撑轮高度对施工机器人施工模块进行调平。通过利用视觉检测算法获取行走路径地面倾斜程度、计算各功能轮的行走起伏线、利用行走起伏线设定各功能轮的工作方式，并调节支撑轮高度对施工机器人施工模块进行调平，使得施工机器人设备行进平稳，保证天花板的施工效果达到预期。

Description

一种基于视觉的室内施工行走调节方法
技术领域
本发明涉及室内机器人智能施工技术领域，特别涉及一种基于视觉的室内施工行走调节方法。
背景技术
随着建筑行业的智能化，涌现出多种建筑施工机器人，施工机器人替代人工，可以实现安全、高效地施工。其中的内墙处理部分，包括对水泥墙面的打磨，去除水泥面的毛刺、在水泥墙面抹刮腻子、腻子层，来使得墙面整体更加平整。对腻子层墙面的打磨以及去除腻子层的接缝等，使得腻子层更加平整；在腻子层上进行喷漆或刷漆。
室内建筑施工区域包含6-10m高的天花板施工，施工机器人设备在施工时，将工作模块升至对应高度，并通过移动以完成施工。在施工机器人的行走路径上，若出现凹凸、坑洼等不平地面，导致此时与天花板接触的施工机器人设备顶部可能会有晃动，施工机器人设备顶部晃动会对施工效果产生不利影响，因此，及时检测施工机器人行走路径上的凹凸、坑洼路况，并及时有效地消除晃动，使得施工机器人匀速、平稳地行走，是当前机器人设备室内施工过程亟待解决的一个问题。
发明内容
在室内的天花板施工过程中，施工机器人由于受到施工环境的影响，当行走路径上出现凹凸、坑洼等不平地面时，导致此时与天花板接触的施工机器人设备顶部可能会有晃动，施工机器人设备顶部晃动会对施工效果产生不利影响。
针对上述问题，提出一种基于视觉的室内施工行走调节方法，通过利用视觉检测算法获取行走路径地面倾斜程度、计算各功能轮的行走起伏线、利用所述行走起伏线设定所述各功能轮的工作方式，并调节支撑轮高度对施工机器人施工模块进行调平，使得施工机器人设备行进平稳，保证天花板的施工效果达到预期。
一种基于视觉的室内施工行走调节方法，包括：
步骤100、利用视觉检测算法获取行走路径地面倾斜程度，计算各功能轮的行走起伏线；
步骤200、利用所述行走起伏线设定所述各功能轮的工作方式；
步骤300、调节支撑轮高度对施工机器人施工模块进行调平。
结合本发明所述的基于视觉的室内施工行走调节方法，第一种可能的实施方式中，所述步骤100包括：
步骤110、利用深度摄像头获取行走路面的点云数据，并根据所述点云数据获取最大拟合平面及凹凸曲面；
步骤120、计算最大拟合平面法线与标准平面法线的角度差；
步骤130、若所述角度差大于规定阈值，则将所述角度差作为地面倾斜角度进行保存。
结合本发明第一种可能的实施方式，第二种可能的实施方式中，所述步骤100还包括：
步骤140、对各功能轮垂直于行进方向的点云数据求平均；
步骤150、根据所述各功能轮的行进方向上的点云数据获取行走过程凹凸起伏线。
结合本发明第二种可能的实施方式，第三种可能的实施方式中，所述步骤110包括：
步骤111、利用深度摄像头获取施工机器人设备在平面的标准点云；
步骤112、根据所述深度摄像头与所述各功能轮的位置关系，获取各功能轮的点云数据；
步骤113、利用所述各功能轮的点云数据并利用ransac平面检测获取行走路径的最大拟合平面。
结合本发明第三种可能的实施方式，第四种可能的实施方式中，所述步骤112包括：
步骤1121、去除所述各功能轮点云中的离群点；
步骤1122、对去噪后的所述各功能轮点云进行数据滤波。
结合本发明第四种可能的实施方式，第五种可能的实施方式中，所述步骤1121包括：
步骤11211、计算点云数据中每个点到临近点的距离，获取点云距离分布；
步骤11212、若某一点的点云平均距离大于规定阈值，则判定该点为离群点；
步骤11213、将所述离群点从点云数据中删除。
结合本发明第四种可能的实施方式，第六种可能的实施方式中，所述步骤1122包括：
步骤11221、构建一三维体素栅格；
步骤11222、在每个体素内用该体素内的所有点的重心近似表示该体素中的所有点。
结合本发明所述的基于视觉的室内施工行走调节方法，第七种可能的实施方式中，所述步骤300包括：
步骤310、依次确定所述各功能轮调节优先级；
步骤320、利用所述各功能轮起伏线获取路径上的起伏值；
步骤330、将所述起伏值与规定阈值进行比较；
步骤340、根据起伏值比较结果及调节优先级对支撑轮高度进行调节。
结合本发明第七种可能的实施方式，第八种可能的实施方式中，所述步骤340包括：
步骤341、对受阻的功能轮类型进行判断；
步骤342、若功能轮中的舵轮起伏线上存在凹处或凸处时，分别记录所述凹处或凸处相对摄像头的位置、相对地面的凹陷深度或者凸起高度；
步骤343、在所述舵轮距离所述凹处或凸处第一距离点时，对所述支撑轮高度进行调节。
结合本发明第七种可能的实施方式，第九种可能的实施方式中，所述步骤340包括：
步骤344、对受阻的功能轮类型进行判断；
步骤345、若功能轮中的万向轮或者支撑轮的起伏线上存在凹处或凸处时，则记录所述凸处相对摄像头的位置、相对地面的凸起高度；
步骤346、在所述万向轮或者支撑轮距离所述凸处第一距离点时，对所述支撑轮高度进行调节。
实施本发明所述的基于视觉的室内施工行走调节方法，通过利用视觉检测算法获取行走路径地面倾斜程度、计算各功能轮的行走起伏线、利用所述行走起伏线设定所述各功能轮的工作方式，并调节支撑轮高度对施工机器人施工模块进行调平，使得施工机器人设备行进平稳，保证天花板的施工效果达到预期。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明中一种基于视觉的室内施工行走调节方法第一实施例示意图；
图2是本发明中一种基于视觉的室内施工行走调节方法第二实施例示意图；
图3是本发明中一种基于视觉的室内施工行走调节方法第三实施例示意图；
图4是本发明中一种基于视觉的室内施工行走调节方法第四实施例示意图；
图5是本发明中一种基于视觉的室内施工行走调节方法第五实施例示意图；
图6是本发明中一种基于视觉的室内施工行走调节方法第六实施例示意图；
图7是本发明中一种基于视觉的室内施工行走调节方法第七实施例示意图；
图8是本发明中一种基于视觉的室内施工行走调节方法第八实施例示意图；
图9是本发明中一种基于视觉的室内施工行走调节方法第九实施例示意图；
图10是本发明中一种基于视觉的室内施工行走调节方法第十实施例示意图；
具体实施方式
下面将结合发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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付出创造性劳动前提下所获得的其他实施例，都属于本发明保护的范围。
名词解释：
RANSAC算法：RANSAC是“RANdom SAmple Consensus(随机抽样一致)”的缩写。它可以从一组包含“局外点”的观测数据集中，通过迭代方式估计数学模型的参数。它是一种不确定的算法——它有一定的概率得出一个合理的结果；为了提高概率必须提高迭代次数。
在室内的天花板施工过程中，施工机器人由于受到施工环境的影响，当行走路径上出现凹凸、坑洼等不平地面时，导致此时与天花板接触的施工机器人设备顶部可能会有晃动，施工机器人设备顶部晃动会对施工效果产生不利影响。
针对上述问题，提出一种基于视觉的室内施工行走调节方法。
一种基于视觉的室内施工行走调节方法，如图1，图1是本发明中一种基于视觉的室内施工行走调节方法第一实施例示意图，包括：步骤100、利用视觉检测算法获取行走路径地面倾斜程度，计算各功能轮的行走起伏线；步骤200、利用行走起伏线设定各功能轮的工作方式；步骤300、调节支撑轮高度对施工机器人施工模块进行调平。通过利用视觉检测算法获取行走路径地面倾斜程度、计算各功能轮的行走起伏线、利用行走起伏线设定各功能轮的工作方式，并调节支撑轮高度对施工机器人施工模块进行调平，使得施工机器人设备行进平稳，保证天花板的施工效果达到预期。
优选地，如图2，图2是本发明中一种基于视觉的室内施工行走调节方法第二实施例示意图，步骤100包括：步骤110、利用深度摄像头获取行走路面的点云数据，并根据点云数据获取最大拟合平面及凹凸曲面；步骤120、计算最大拟合平面法线与标准平面法线的角度差；步骤130、若角度差大于规定阈值，则将角度差作为地面倾斜角度进行保存。
优选地，如图3，图3是本发明中一种基于视觉的室内施工行走调节方法第三实施例示意图，步骤100还包括：步骤140、对各功能轮垂直于行进方向的点云数据求平均；步骤150、根据各功能轮的行进方向上的点云数据获取行走过程凹凸起伏线。
在功能轮的行走路径上，对于垂直于行进方向的点云数据求平均值。即将一条2500*30长度的点云数据压缩至2500*1，其中的2500代表行进方向的轴上的数据，即前进的长度；30代表垂直行进方向的轴的数据，即轮子宽度。
对于舵轮，可以得到一条2500*1的行走过程凹凸起伏线；对于分布在车身内四角的万向轮，因前后万向轮轨迹重合，可以得到两条2500*1的行走过程凹凸起伏线；对于分布在车身外四角的四个支撑轮，因前后支撑轮轨迹重合，得到两条2500*1的行走过程凹凸起伏线。
对上述2500*1的起伏线，截取其前1000*1，再每40个值求平均，得到25*1的起伏线。
优选地，如图4，图4是本发明中一种基于视觉的室内施工行走调节方法第四实施例示意图，步骤110包括：步骤111、利用深度摄像头获取施工机器人设备在平面的标准点云；步骤112、根据深度摄像头与各功能轮的位置关系，获取各功能轮的点云数据；步骤113、利用各功能轮的点云数据并利用ransac平面检测获取行走路径的最大拟合平面。
优选地，如图5，图5是本发明中一种基于视觉的室内施工行走调节方法第五实施例示意图，步骤112包括：步骤1121、去除各功能轮点云中的离群点；步骤1122、对去噪后的各功能轮点云进行数据滤波。
优选地，如图6，图6是本发明中一种基于视觉的室内施工行走调节方法第六实施例示意图，步骤1121包括：步骤11211、计算点云数据中每个点到临近点的距离，获取点云距离分布；步骤11212、若某一点的点云平均距离大于规定阈值，则判定该点为离群点；步骤11213、将离群点从点云数据中删除。
优选地，如图7，图7是本发明中一种基于视觉的室内施工行走调节方法第七实施例示意图，步骤1122包括：步骤11221、构建一三维体素栅格；步骤11222、在每个体素内用该体素内的所有点的重心近似表示该体素中的所有点。
在深度摄像头安装位置确定后，根据摄像头与设备的位置关系及设备本身的机械结构，可以定义出一个标准的地面参考点云。当地面完全水平时，将施工机器人设备置于地面，深度摄像头产生的点云即为标准点云。
根据上述深度摄像头与AGV底盘功能轮的舵轮、万向轮、支撑轮的位置关系，设定出点云图像中各轮会经过的区域，并在每一帧提取出来。对提取出的点云做一次基于形态学的离群点去除，用以滤除噪点。对去噪后的点云做一次下采样，降低总的计算量，并一定程度上平滑点云。对提取出来的各功能轮会经过的区域做ransac平面检测，产生一个最大的拟合平面及凹凸曲面。
计算最大的拟合平面的法线与标准地面的法线求角度差，如果差异大于等于阈值，则记录整体地面倾斜程度。
优选地，如图8，图8是本发明中一种基于视觉的室内施工行走调节方法第八实施例示意图，步骤300包括：步骤310、依次确定各功能轮调节优先级；步骤320、利用各功能轮起伏线获取路径上的起伏值；步骤330、将起伏值与规定阈值进行比较；步骤340、根据起伏值比较结果及调节优先级对支撑轮高度进行调节。
优选地，如图9，图9是本发明中一种基于视觉的室内施工行走调节方法第九实施例示意图，步骤340包括：步骤341、对受阻的功能轮类型进行判断；步骤342、若功能轮中的舵轮起伏线上存在凹处或凸处时，分别记录凹处或凸处相对摄像头的位置、相对地面的凹陷深度或者凸起高度；步骤343、在舵轮距离凹处或凸处第一距离点时，对支撑轮高度进行调节。
优选地，如图10，图10是本发明中一种基于视觉的室内施工行走调节方法第十实施例示意图；步骤340包括：步骤344、对受阻的功能轮类型进行判断；步骤345、若功能轮中的万向轮或者支撑轮的起伏线上存在凹处或凸处时，则记录凸处相对摄像头的位置、相对地面的凸起高度；步骤346、在万向轮或者支撑轮距离凸处第一距离点时，对支撑轮高度进行调节。
得到整体地面倾斜角度与各个轮子的行走过程凹凸起伏线后，根据起伏线设定支撑腿的工作方式，即舵轮仅用于提取前进动力，不承担调平功能；万向轮无动力机构，提供固定的支撑高度，通过弹簧提供一定的减震功能，不具备主动调节能力；支撑轮是在车身外侧额外伸出的轮子，具备10cm的主动升降能力，用于在不平整的地面调平设备。
优选地，忽视在2cm内的起伏，较小的起伏交由AGV底盘的减震机构被动式调节，不做主动调节。
最高优先级为舵轮前方凹凸的调节，当舵轮前方有过大的凹凸可能会导致设备通过受阻。当检测到舵轮施工路径上有凸起时，记录凸起相对摄像头的位置及相对地面的凸起高度；将相对摄像头的位置转化为相对舵轮的位置，当舵轮距离凸起5cm时，开始调节支撑轮，支撑轮的升高高度为凸起高度-3cm(凸起高度向下3cm)；当检测到舵轮施工路径上有凹下时，记录凹下相对摄像头的位置及相对地面的凹下高度；将相对摄像头的位置转化为相对舵轮的位置，当舵轮距离凹下5cm时，开始调节支撑轮，支撑轮的下降高度为凹下高度-3cm(水平面向下3cm)。
次优先级为支撑轮对前方凹凸的调节，当支撑轮前方有凹下，不进行额外处理，因为除支撑轮还有其他轮与地面接触，足以支撑起车身。当支撑轮前方有凸起时，记录凸起相对摄像头的位置及相对地面的凸起高度；将相对摄像头的位置转化为相对支撑轮的位置，当支撑轮距离凸起5cm时，开始调节支撑轮，支撑轮的升高高度为凸起高度-3cm(凸起高度向下3cm)。
最低优先级为万向轮，当万向轮前方有凹下，不进行额外处理，因为除万向轮还有其他轮与地面接触，足以支撑起车身。当万向轮前方有凸起时，记录凸起相对摄像头的位置及相对地面的凸起高度；将相对摄像头的位置转化为相对万向轮的位置，当万向轮距离凸起5cm时，开始调节支撑轮，支撑轮的升高高度为凸起高度-4cm(凸起高度向下4cm)。
通过在不同凹凸场景下对支撑轮高度的调节，可以实现设备在凹凸不平地面的平稳行走。
实施本发明的基于视觉的室内施工行走调节方法，通过利用视觉检测算法获取行走路径地面倾斜程度、计算各功能轮的行走起伏线、利用行走起伏线设定各功能轮的工作方式，并调节支撑轮高度对施工机器人施工模块进行调平，使得施工机器人设备行进平稳，保证天花板的施工效果达到预期。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于视觉的室内施工行走调节方法，其特征在于，包括：
步骤100、利用视觉检测算法获取行走路径地面倾斜程度，计算各功能轮的行走起伏线；
步骤200、利用所述行走起伏线设定所述各功能轮的工作方式；
步骤300、调节支撑轮高度对施工机器人施工模块进行调平。
2.根据权利要求1所述的基于视觉的室内施工行走调节方法，其特征在于，所述步骤100包括：
步骤110、利用深度摄像头获取行走路面的点云数据，并根据所述点云数据获取最大拟合平面及凹凸曲面；
步骤120、计算最大拟合平面法线与标准平面法线的角度差；
步骤130、若所述角度差大于规定阈值，则将所述角度差作为地面倾斜角度进行保存。
3.根据权利要求2所述的基于视觉的室内施工行走调节方法，其特征在于，所述步骤100还包括：
步骤140、对各功能轮垂直于行进方向的点云数据求平均；
步骤150、根据所述各功能轮的行进方向上的点云数据获取行走过程凹凸起伏线。
4.根据权利要求3所述的基于视觉的室内施工行走调节方法，其特征在于，所述步骤110包括：
步骤111、利用深度摄像头获取施工机器人设备在平面的标准点云；
步骤112、根据所述深度摄像头与所述各功能轮的位置关系，获取各功能轮的点云数据；
步骤113、利用所述各功能轮的点云数据并利用ransac平面检测获取行走路径的最大拟合平面。
5.根据权利要求4所述的基于视觉的室内施工行走调节方法，其特征在于，所述步骤112包括：
步骤1121、去除所述各功能轮点云中的离群点；
步骤1122、对去噪后的所述各功能轮点云进行数据滤波。
6.根据权利要求5所述的基于视觉的室内施工行走调节方法，其特征在于，所述步骤1121包括：
步骤11211、计算点云数据中每个点到临近点的距离，获取点云距离分布；
步骤11212、若某一点的点云平均距离大于规定阈值，则判定该点为离群点；
步骤11213、将所述离群点从点云数据中删除。
7.根据权利要求5所述的基于视觉的室内施工行走调节方法，其特征在于，所述步骤1122包括：
步骤11221、构建一三维体素栅格；
步骤11222、在每个体素内用该体素内的所有点的重心近似表示该体素中的所有点。
8.根据权利要求1所述的基于视觉的室内施工行走调节方法，其特征在于，所述步骤300包括：
步骤310、依次确定所述各功能轮调节优先级；
步骤320、利用所述各功能轮起伏线获取路径上的起伏值；
步骤330、将所述起伏值与规定阈值进行比较；
步骤340、根据起伏值比较结果及调节优先级对支撑轮高度进行调节。
9.根据权利要求8所述的基于视觉的室内施工行走调节方法，其特征在于，所述步骤340包括：
步骤341、对受阻的功能轮类型进行判断；
步骤342、若功能轮中的舵轮起伏线上存在凹处或凸处时，分别记录所述凹处或凸处相对摄像头的位置、相对地面的凹陷深度或者凸起高度；
步骤343、在所述舵轮距离所述凹处或凸处第一距离点时，对所述支撑轮高度进行调节。
10.根据权利要求8所述的基于视觉的室内施工行走调节方法，其特征在于，所述步骤340包括：
步骤344、对受阻的功能轮类型进行判断；
步骤345、若功能轮中的万向轮或者支撑轮的起伏线上存在凹处或凸处时，则记录所述凸处相对摄像头的位置、相对地面的凸起高度；
步骤346、在所述万向轮或者支撑轮距离所述凸处第一距离点时，对所述支撑轮高度进行调节。
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