CN214202459U - 一种基于机器视觉的智能机器人除尘系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于机器视觉的智能机器人除尘系统，对轨道交通车辆的车底除尘，包括行走于检修地沟中的除尘小车，两侧的风帘装置；除尘小车上载有：前端图像获取机械臂，其上搭载有线阵相机和全景扫描单元，作为车底图像拍摄的采集机构；后端吹扫机械臂，其上搭载有吹扫喷头；固定喷嘴，用于车底大范围吹扫；吸尘装置，在吹扫的同时进行同步吸尘。本系统能够对车底进行有效的吹扫清洁，针对车辆底部结构死角，定点吹扫，提高清洁效果，且在每个吹扫工位形成相对封闭空间，达到较好的吸尘效果，防止吹扫作业产生灰尘扩散，改善吹扫库内作业环境。利用智能机器人取代传统的人工作业，可有效提高作业效率和质量，降低人工劳动强度。

Description

一种基于机器视觉的智能机器人除尘系统

技术领域

本实用新型属于城市新型轨道交通领域，具体涉及一种基于机器视觉的智能机器人除尘系统。

背景技术

在轨道交通车辆的维护中，车辆底部的吹扫除尘一直是车辆检修维护的重点。轨道交通车辆长时间运行后，在车辆底部会附着大量灰尘、浮土等污染粉尘，如不及时清理会造成车辆运行故障(如电气线路、传感器、控制系统等故障)，影响车辆运行安全。目前，轨道交通车辆大多采用人工辅助装备进行吹扫作业的方式，存在工作环境恶劣、工作效率低下、装备的自动化和智能化程度低等问题。

目前广泛应用的除尘器主要有：旋风除尘器、袋式除尘器、湿式除尘器、静电除尘器等，均不能直接应用于车辆底部的除尘。常用的车辆底部除尘技术主要对车底进行大范围喷吹，由于车辆底部结构死角较多，对于车辆底部清洁常常不彻底。且由于车辆吹扫过程中产生灰尘飞行路径也极不规则，为了满足车辆通行安全的限界要求，吹扫工位难以形成相对封闭的空间，从而导致车辆吹扫过程中产生的灰尘难以收集，吹扫库作业环境较差，部分灰尘甚至扩散至库外影响周边环境。

因此，急需对现有的车辆吹扫除尘方式和除尘系统进行改进与创新，提出一种新型的轨道交通车辆吹扫除尘系统。

实用新型内容

针对现有技术以上缺陷或改进需求中的至少一种，本实用新型提供了一种基于机器视觉的智能机器人除尘系统，能够对车底进行有效的吹扫清洁，针对车辆底部结构死角，定点吹扫，提高清洁效果，且在每个吹扫工位形成相对封闭空间，达到较好的吸尘效果，防止吹扫作业产生灰尘扩散，改善吹扫库内作业环境。利用智能机器人取代传统的人工作业，可有效提高作业效率和质量，降低人工劳动强度。

为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种基于机器视觉的智能机器人除尘系统，对轨道交通车辆的车底除尘，包括行走于轨道交通车辆检修库内的检修地沟中的除尘小车，设置在轨道立柱两侧的风帘装置、与除尘小车形成密闭吹扫空间；

所述除尘小车上载有：

前端图像获取机械臂，其上搭载有线阵相机和全景扫描单元，作为车底图像拍摄的定位机构；

后端吹扫机械臂，其上搭载有吹扫喷头；

固定喷嘴，其吹扫范围相较所述吹扫喷头更大；

吸尘装置，在吹扫的同时进行同步吸尘。

优选地，还包括除尘车走行轨；

所述除尘车走行轨设置在检修地沟中，所述除尘小车沿所述除尘车走行轨移动。

优选地，所述线阵相机包括2D相机，用于获取车底的二维图像。

优选地，所述线阵相机还包括3D相机，用于获取车底的三维图像。

优选地，所述除尘小车上安装有安全探测预警传感器，用于避障安全运行。

优选地，所述除尘小车上安装有小车定位传感器，用于小车的准确定位。

优选地，所述除尘小车上安装有蓄电池用于供电。

优选地，所述蓄电池为直流锂电池。

优选地，所述风帘装置自身为可翻折结构，具有展开状态和收拢状态。

优选地，所述吸尘装置包括离心通风机以及依次前后设置的吸尘罩、过滤网、吸尘管道。

上述优选技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

1、本实用新型的基于机器视觉的智能机器人除尘系统，能够对车底进行有效的吹扫清洁，针对车辆底部结构死角，定点吹扫，提高清洁效果，且在每个吹扫工位形成相对封闭空间，达到较好的吸尘效果，防止吹扫作业产生灰尘扩散，改善吹扫库内作业环境。利用智能机器人取代传统的人工作业，可有效提高作业效率和质量，降低人工劳动强度。

2、本实用新型的基于机器视觉的智能机器人除尘系统，利用压缩空气对车辆底部进行自动化全方位除尘，能够对车底进行有效的吹扫清洁；利用预先建立的图像数据库，与相机采集图像进行模板匹配，识别车底关键零部件，定位该零部件位置，利用三维重建技术，获取车底三维轮廓信息；根据获得的关键零部件位置信息与三维轮廓信息，规划后端吹扫机械臂的运动轨迹，布置吹扫任务；针对车辆底部结构死角，定点吹扫，提高清洁效果；

3、本实用新型的基于机器视觉的智能机器人除尘系统，利用小车两侧风帘与小车形成封闭空间，利用小车吸尘装置清除扬尘，避免二次污染。

附图说明

图1是本实用新型实施例的基于机器视觉的智能机器人除尘系统的运行示意图；

图2是本实用新型实施例的基于机器视觉的智能机器人除尘系统的除尘小车的结构示意图；

图3是本实用新型实施例的基于机器视觉的智能机器人除尘系统的构架示意图；

图4是本实用新型实施例的基于机器视觉的智能机器人除尘系统的三维图像处理的流程示意图；

图5是本实用新型实施例的基于机器视觉的智能机器人除尘系统的后端吹扫机械臂轨迹规划流程示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面结合具体实施方式对本实用新型进一步详细说明。

作为本实用新型的一种较佳实施方式，如图1-5所示，本实用新型提供一种基于机器视觉的智能机器人除尘系统，对轨道交通车辆2的车底除尘，包括行走于轨道交通车辆检修库内的检修地沟中的除尘小车1，设置在轨道立柱两侧的风帘装置3、与除尘小车1形成密闭吹扫空间；

所述除尘小车上载有：

前端图像获取机械臂5，其上搭载有线阵相机和全景扫描单元，作为车底图像拍摄的定位机构，可以快速移动定位到不同检测点，获取车底的二维与三维图像信息；

固定喷嘴6，其吹扫范围相较所述吹扫喷头更大，用于实现车底大范围的吹扫，实现车底的基本吹扫工作；

后端吹扫机械臂8，其上搭载有吹扫喷头，实现对车底全覆盖、死角定点喷扫清洁；

吸尘装置7，在吹扫的同时进行同步吸尘。

优选地，还包括除尘车走行轨4；所述除尘车走行轨4设置在检修地沟中，所述除尘小车1沿所述除尘车走行轨4移动。

优选地，所述线阵相机包括2D相机，用于获取车底的二维图像，以及3D相机，用于获取车底的三维图像，从而更加全面展示车底状态。

优选地，所述除尘小车1上安装有安全探测预警传感器，用于避障安全运行。

优选地，所述除尘小车1上安装有小车定位传感器，用于小车的准确定位。

优选地，所述除尘小车1上安装有蓄电池用于供电。

优选地，所述蓄电池为直流锂电池。

优选地，所述风帘装置3自身为可翻折结构，具有展开状态和收拢状态。

优选地，所述吸尘装置包括离心通风机以及依次前后设置的吸尘罩、过滤网、吸尘管道。

优选地，所述除尘小车上还载有：局域网装置、交换机、图像处理主机、控制箱体。

优选地，所述除尘系统还包括数据服务器、检修库内网络装置、手持移动设备、数据分析室。

所述手持移动设备，便于工作人员随时查看系统运行状态与清扫效果。

所述数据服务器，用于存储除尘系统图像处理结果与除尘报告，并可追溯。

所述数据分析室，用于发布除尘任务，分析系统检测到的车底图像。

本实用新型还提供了一种基于机器视觉的智能机器人除尘系统的除尘方法，包括如下步骤：

S1、对车底进行吹扫作业时，作业人员可在数据分析室内发布除尘任务，检修地沟内的除尘小车1接收到指令后，开始在检修地沟内运动；其中，利用远程连接控制系统，手持移动设备与数据分析室可实时接收上传的图像信息与吹扫报告，工作人员可随时人工复检与远程监控，实现24小时现场无人值守情况下，掌握系统运行状况；

S2、利用车载的安全探测预警传感器、小车定位传感器等，对除尘小车1进行车辆底部的安全运行和准确定位，使其运动至初始指定位置；

S3、运行至初始指定位置后，除尘小车1上的前端图像获取机械臂5，利用搭载的线阵相机和全景扫描单元，获取车底图像信息，并将图像信息进行上传和图像处理；

S4、固定喷嘴6根据接收到的作业指令，对车底进行大范围吹扫；

S5、后端吹扫机械臂8根据机器视觉获得的关键零部件位置信息与三维轮廓信息，规划运动轨迹，调整吹扫喷头的吹扫位置与角度，针对车辆底部结构死角与重点集尘区域，定点吹扫，提高清洁效果；

在步骤S4和S5的吹扫过程中，同时启动风帘装置3，使得车辆两侧形成风帘，形成封闭空间，防止边吹尘边吸尘过程中灰尘向四周弥漫，实现扬尘的彻底清除；并且，吸尘装置7同步启动，吸尘装置中的离心通风机将含尘空气通过吸尘罩吸入吸尘管道内，在吸尘罩上设置有过滤网，使得含尘空气得以过滤，得到较为洁净的空气，然后经离心通风机排出。

优选地，在步骤S3中，所述线阵相机采用2D相机结合3D相机，分别实现二维与三维图像获取，全面展示车底状态。

优选地，在步骤S3中，所述图像处理，包含二维图像处理与三维图像处理。

优选地，所述二维图像处理的步骤包括：

根据采集的二维图像与预先建立的图像数据库，采用点特征检测法开展特征检测、特征匹配、剔除误匹配，并利用SSIM衡量配准结果。

优选地，如图4所示，所述三维图像处理的步骤包括：

光栅图像投影与采集→基于小波变换轮廓术相位提取→质量图导向法相位展开→图像标定→三维重建→车底三维轮廓信息；其中：

利用小波变换轮廓术，实现图像的精确面型测量；

利用张正友标定法与“七参数法”进行相位-高度映射，实现三维图像标定；

基于k-d tree算法实现快速三维重建，获取车底三维轮廓信息。

优选地，如图5所示，在步骤S5中，后端吹扫机械臂8规划运动轨迹的步骤包括：

设定预期轨迹，并进行稳定性分析，根据正逆运动学解算位姿信息，根据预期角度进行位置处理，通过力矩施加调整机械臂，将测量的实际角度与预期角度进行反复校正，最终输出轨迹；其中：

根据获得的车底关键零部件位置信息与车底三维轮廓信息，判定重点吹扫区域，根据正逆运动学解算位姿信息，规划后端吹扫机械臂的运动轨迹，布置吹扫任务，针对车辆底部结构死角，定点吹扫，提高清洁效果。

优选地，所述风帘装置3自身为可翻折结构，包括下固定部分、中间枢轴、上翻转部分，其中上翻转部分可绕中间枢轴翻转，与下固定部分上方呈同一直线时为展开状态，叠合在其侧面时为收拢状态，高度大致与轨道立柱齐平，不影响车侧的检修；其控制方法包括：

在吹扫开始之前，所述风帘装置3翻折为展开状态，限制扬尘向两侧扩散；

在吹扫结束之后，所述风帘装置3翻折为收拢状态，露出对车侧的检修空间。

综上所述，与现有技术相比，本实用新型的方案具有如下显著优势：

本实用新型的基于机器视觉的智能机器人除尘系统，能够对车底进行有效的吹扫清洁，针对车辆底部结构死角，定点吹扫，提高清洁效果，且在每个吹扫工位形成相对封闭空间，达到较好的吸尘效果，防止吹扫作业产生灰尘扩散，改善吹扫库内作业环境。利用智能机器人取代传统的人工作业，可有效提高作业效率和质量，降低人工劳动强度。

本实用新型的基于机器视觉的智能机器人除尘系统，利用压缩空气对车辆底部进行自动化全方位除尘，能够对车底进行有效的吹扫清洁；利用预先建立的图像数据库，与相机采集图像进行模板匹配，识别车底关键零部件，定位该零部件位置，利用三维重建技术，获取车底三维轮廓信息；根据获得的关键零部件位置信息与三维轮廓信息，规划后端吹扫机械臂的运动轨迹，布置吹扫任务；针对车辆底部结构死角，定点吹扫，提高清洁效果；

本实用新型的基于机器视觉的智能机器人除尘系统，利用小车两侧风帘与小车形成封闭空间，利用小车吸尘装置清除扬尘，避免二次污染。

可以理解的是，以上所描述的系统的实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，既可以位于一个地方，或者也可以分布到不同网络单元上。可以根据实际需要选择其中的部分或全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

另外，本领域内的技术人员应当理解的是，在本实用新型实施例的申请文件中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意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、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本实用新型实施例的说明书中，说明了大量具体细节。然而应当理解的是，本实用新型实施例的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。类似地，应当理解，为了精简本实用新型实施例公开并帮助理解各个实用新型方面中的一个或多个，在上面对本实用新型实施例的示例性实施例的描述中，本实用新型实施例的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。

然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本实用新型实施例要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，实用新型方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本实用新型实施例的单独实施例。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型实施例进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于机器视觉的智能机器人除尘系统，其特征在于：对轨道交通车辆(2)的车底除尘，包括行走于轨道交通车辆检修库内的检修地沟中的除尘小车(1)，设置在轨道立柱两侧的风帘装置(3)、与除尘小车(1)形成密闭吹扫空间；

所述除尘小车上载有：

前端图像获取机械臂(5)，其上搭载有线阵相机和全景扫描单元，作为车底图像拍摄的采集机构；

后端吹扫机械臂(8)，其上搭载有吹扫喷头；

固定喷嘴(6)，其吹扫范围相较所述吹扫喷头更大；

吸尘装置(7)，在吹扫的同时进行同步吸尘。

2.如权利要求1所述的基于机器视觉的智能机器人除尘系统，其特征在于：

还包括除尘车走行轨(4)；

所述除尘车走行轨(4)设置在检修地沟中，所述除尘小车(1)沿所述除尘车走行轨(4)移动。

3.如权利要求1所述的基于机器视觉的智能机器人除尘系统，其特征在于：

所述线阵相机包括2D相机，用于获取车底的二维图像。

4.如权利要求1所述的基于机器视觉的智能机器人除尘系统，其特征在于：

所述线阵相机还包括3D相机，用于获取车底的三维图像。

5.如权利要求1所述的基于机器视觉的智能机器人除尘系统，其特征在于：

所述除尘小车(1)上安装有安全探测预警传感器，用于避障安全运行。

6.如权利要求1所述的基于机器视觉的智能机器人除尘系统，其特征在于：

所述除尘小车(1)上安装有小车定位传感器，用于小车的准确定位。

7.如权利要求1所述的基于机器视觉的智能机器人除尘系统，其特征在于：

所述除尘小车(1)上安装有蓄电池用于供电。

8.如权利要求7所述的基于机器视觉的智能机器人除尘系统，其特征在于：

所述蓄电池为直流锂电池。

9.如权利要求1所述的基于机器视觉的智能机器人除尘系统，其特征在于：

所述风帘装置(3)自身为可翻折结构，具有展开状态和收拢状态。

10.如权利要求1所述的基于机器视觉的智能机器人除尘系统，其特征在于：

所述吸尘装置包括离心通风机以及依次前后设置的吸尘罩、过滤网、吸尘管道。

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