CN108230373A - 机械清洁设备行走轨迹修正平台 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种机械清洁设备行走轨迹修正平台，包括：灰尘浓度检测设备，用于检测附近环境的灰尘浓度，以作为实时灰尘浓度输出；机械清洁设备，与所述灰尘浓度检测设备连接，用于接收所述实时灰尘浓度，并基于所述实时灰尘浓度确定相应的清洁力度；轨迹输出设备，与所述机械清洁设备连接，用于将确定的清洁行走轨迹发送给所述机械清洁设备，以便于所述机械清洁设备按照所述清洁行走轨迹进行清洁操作；双摄像头组件，设置在所述机械清洁设备的前端，包括水平设置的两个摄像头；所述双摄像头组件用于对前方景物进行拍摄，以分别获得左侧景物图像和右侧景物图像。通过本发明，能够实现有效实现对前方玻璃制品的规避。
Description
技术领域
本发明涉及清洁机器人领域，尤其涉及一种机械清洁设备行走轨迹修正平台。
背景技术
随着我国城镇化的发展，高层建筑越来越多，而面向家用的高层建筑窗户的清洁，将成为一个巨大的市场。当前的窗户清洁机器人多采用吸附方式多为负压吸附、真空吸附和磁性吸附方式吸附在窗户上，其中对于采用真空吸附方式的窗户清洁机器人，是通过真空吸盘吸附在窗户上来实现机器人的放置。但是现有真空吸附方式的机器人存在着真空吸附易泄漏的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种机械清洁设备行走轨迹修正平台，能够基于玻璃的成像特点，从机械清洁设备拍摄的图像中有效识别出前方的玻璃制品，并自适应地修改机械清洁设备的行进轨迹，从而避免机械清洁设备碰撞前方玻璃制品的事故发生。
基于本发明的技术方案，本发明具备以下几个关键发明点：
(1)在高精度玻璃图像识别的基础上，基于玻璃图像在整个采集图像的相对位置，自动修改机械清洁设备的行进路线，从而避免对玻璃设备以及机械清洁设备造成不必要的损坏；
(2)建立先图像初识、在图像确认的玻璃区域识别机制，保证了玻璃区域识别的精度，为后续相应处理提供更有价值的参考数据；
(3)在图像确认中引入了平均饱和度图像的直方图分析方式，并利用了玻璃区域两侧图像与玻璃区域的饱和度的差异较大的物理特性，从而提供了可靠的辨识模式；
(4)采用5像素5像素窗户的饱和度平均方式，为玻璃左侧图像、玻璃图像以及玻璃右侧图像的各自平均饱和度图像的获取提供可靠方案；
(5)通过对水平设置的两个摄像头分别获得左侧景物图像和右侧景物图像的视差分析，确定前方景物中主要目标距离摄像头的距离，以相应调节两个摄像头的焦距，并将两个摄像头拍摄的图像进行组合，以获得高清晰化的大视野图像。
根据本发明的一方面，提供了一种机械清洁设备行走轨迹修正平台，所述平台包括：
灰尘浓度检测设备，用于检测附近环境的灰尘浓度，以作为实时灰尘浓度输出；
机械清洁设备，与所述灰尘浓度检测设备连接，用于接收所述实时灰尘浓度，并基于所述实时灰尘浓度确定相应的清洁力度；
轨迹输出设备，与所述机械清洁设备连接，用于将确定的清洁行走轨迹发送给所述机械清洁设备，以便于所述机械清洁设备按照所述清洁行走轨迹进行清洁操作；
双摄像头组件，设置在所述机械清洁设备的前端，包括水平设置的两个摄像头；所述双摄像头组件用于对前方景物进行拍摄，以分别获得左侧景物图像和右侧景物图像；
视差分析设备，与所述双摄像头组件的两个摄像头分别连接，用于接收所述左侧景物图像和所述右侧景物图像，并将所述左侧景物图像划分为多个分割区域，并基于每一个分割区域在所述右侧景物图像寻找匹配内容的相似区域，将左侧景物图像中每一个分割区域与其在右侧景物图像中相似区域的坐标偏移作为区域偏移量，基于所述左侧景物图像的各个区域偏移量确定所述左侧景物图像和所述右侧景物图像之间的视差；
焦距调节设备，分别与所述双摄像头组件和所述视差分析设备连接，用于基于所述视差确定所述左侧景物图像或所述右侧景物图像中拍摄的主要目标距离所述双摄像头组件的距离，并基于所述距离对所述两个摄像头进行焦距调节；
图像组合设备，与所述焦距调节设备和所述双摄像头组件连接，用于在所述焦距调节设备完成焦距调节后，将所述两个摄像头分别获得左侧景物图像和右侧景物图像进行拼接以获得并输出实时拼接图像；
形态学处理设备，与所述图像组合设备连接，用于接收所述实时拼接图像，并对所述实时拼接图像执行形态学处理处理，以获得并输出形态学处理图像；
区域初识设备，与所述形态学处理设备连接，用于接收所述形态学处理图像，针对所述形态学处理图像中的每一个像素点的亮度值，判断其是否在预设玻璃上限亮度值和预设玻璃下限亮度值组成的亮度值范围内，如果在所述亮度值范围内，则判断所述像素点为初始像素，并将所述形态学处理图像中的所有初始像素组成初识像素区域。
附图说明
以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：
图1为根据本发明实施方案示出的机械清洁设备行走轨迹修正平台的外形轮廓图。
图2为根据本发明实施方案示出的机械清洁设备行走轨迹修正平台的结构方框图。
具体实施方式
下面将参照附图对本发明的机械清洁设备行走轨迹修正平台的实施方案进行详细说明。
玻璃是非晶无机非金属材料，一般是用多种无机矿物(如石英砂、硼砂、硼酸、重晶石、碳酸钡、石灰石、长石、纯碱等)为主要原料，另外加入少量辅助原料制成的。它的主要成分为二氧化硅和其他氧化物。普通玻璃的化学组成是Na2SiO3、CaSiO3、SiO2或Na2O·CaO·6SiO2等，主要成分是硅酸盐复盐，是一种无规则结构的非晶态固体。广泛应用于建筑物，用来隔风透光，属于混合物。另有混入了某些金属的氧化物或者盐类而显现出颜色的有色玻璃，和通过物理或者化学的方法制得的钢化玻璃等。有时把一些透明的塑料(如聚甲基丙烯酸甲酯)也称作有机玻璃。
玻璃制品是住宅、车间以及办公室内部的常见物品，在机械清洁设备广泛使用的今天，对前方路径中的玻璃制品无法进行有效识别和躲避，是机械清洁设备难以克服的难题之一。
为了克服上述不足，本发明搭建了一种机械清洁设备行走轨迹修正平台，用于解决上述技术问题。
图1为根据本发明实施方案示出的机械清洁设备行走轨迹修正平台的外形轮廓图。
从所述外形轮廓图中可以看出，所述平台包括：双摄像头组件1、机械清洁设备2、灰尘浓度检测设备3和工作指示灯集合4。
其中，工作指示灯集合4，由三个工作指示灯组成，用于分别表示所述平台的不同状态。
图2为根据本发明实施方案示出的机械清洁设备行走轨迹修正平台的结构方框图，所述平台包括：
灰尘浓度检测设备，用于检测附近环境的灰尘浓度，以作为实时灰尘浓度输出；
机械清洁设备，与所述灰尘浓度检测设备连接，用于接收所述实时灰尘浓度，并基于所述实时灰尘浓度确定相应的清洁力度；
轨迹输出设备，与所述机械清洁设备连接，用于将确定的清洁行走轨迹发送给所述机械清洁设备，以便于所述机械清洁设备按照所述清洁行走轨迹进行清洁操作。
接着，继续对本发明的机械清洁设备行走轨迹修正平台的具体结构进行进一步的说明。
所述机械清洁设备行走轨迹修正平台中还可以包括：
双摄像头组件，设置在所述机械清洁设备的前端，包括水平设置的两个摄像头；
其中，所述双摄像头组件用于对前方景物进行拍摄，以分别获得左侧景物图像和右侧景物图像。
所述机械清洁设备行走轨迹修正平台中还可以包括：
视差分析设备，与所述双摄像头组件的两个摄像头分别连接，用于接收所述左侧景物图像和所述右侧景物图像，并将所述左侧景物图像划分为多个分割区域，并基于每一个分割区域在所述右侧景物图像寻找匹配内容的相似区域，将左侧景物图像中每一个分割区域与其在右侧景物图像中相似区域的坐标偏移作为区域偏移量，基于所述左侧景物图像的各个区域偏移量确定所述左侧景物图像和所述右侧景物图像之间的视差。
所述机械清洁设备行走轨迹修正平台中还可以包括：
焦距调节设备，分别与所述双摄像头组件和所述视差分析设备连接，用于基于所述视差确定所述左侧景物图像或所述右侧景物图像中拍摄的主要目标距离所述双摄像头组件的距离，并基于所述距离对所述两个摄像头进行焦距调节；
图像组合设备，与所述焦距调节设备和所述双摄像头组件连接，用于在所述焦距调节设备完成焦距调节后，将所述两个摄像头分别获得左侧景物图像和右侧景物图像进行拼接以获得并输出实时拼接图像。
所述机械清洁设备行走轨迹修正平台中还可以包括：
形态学处理设备，与所述图像组合设备连接，用于接收所述实时拼接图像，并对所述实时拼接图像执行形态学处理处理，以获得并输出形态学处理图像；
区域初识设备，与所述形态学处理设备连接，用于接收所述形态学处理图像，针对所述形态学处理图像中的每一个像素点的亮度值，判断其是否在预设玻璃上限亮度值和预设玻璃下限亮度值组成的亮度值范围内，如果在所述亮度值范围内，则判断所述像素点为初始像素，并将所述形态学处理图像中的所有初始像素组成初识像素区域；
拟合处理设备，与所述区域初识设备连接，用于接收所述初识像素区域，并将所述初识像素区域拟合以获得初识图像；
图像划分设备，分别与所述拟合处理设备和所述区域初识设备连接，用于基于所述初识图像在所述形态学处理图像中的位置，将所述形态学处理图像划分为玻璃左侧图像、玻璃图像以及玻璃右侧图像；
饱和度分析设备，与所述图像划分设备连接，用于接收所述玻璃左侧图像、所述玻璃图像以及所述玻璃右侧图像，针对所述玻璃左侧图像中的每一个像素点，计算以其为中心的、周围5像素5像素区域内各个像素点的饱和度的平均值以作为其平均饱和度，基于所述玻璃左侧图像中的各个像素点的平均饱和度获取所述玻璃左侧图像对应的平均饱和度图像，基于对所述玻璃左侧图像的相同处理，获得所述玻璃右侧图像对应的平均饱和度图像以及所述玻璃图像对应的平均饱和度图像；
直方图处理设备，与所述饱和度分析设备连接，用于接收所述玻璃左侧图像、所述玻璃图像以及所述玻璃右侧图像分别对应的平均饱和度图像，并对所述玻璃左侧图像的平均饱和度图像执行直方图统计，获得所述玻璃左侧图像对应的饱和度的直方图向量以作为第一直方图向量，对所述玻璃右侧图像的平均饱和度图像执行直方图统计，获得所述玻璃右侧图像对应的饱和度的直方图向量以作为第二直方图向量，对所述玻璃图像的平均饱和度图像执行直方图统计，获得所述玻璃图像对应的饱和度的直方图向量以作为第三直方图向量；
区域确定设备，与所述直方图处理设备连接，用于在第一直方图向量与第三直方图向量的差值的模大于等于预设模阈值，且在第二直方图向量与第三直方图向量的差值的模大于等于预设模阈值时，将所述初识图像确定为玻璃图像并输出，否则，将所述初识图像确定为非玻璃图像并输出；
其中，所述视差分析设备基于所述左侧景物图像的各个区域偏移量确定所述左侧景物图像和所述右侧景物图像之间的视差包括：将各个区域偏移量中出现频率最高的区域偏移量作为所述左侧景物图像和所述右侧景物图像之间的视差；
其中，所述轨迹输出设备还与所述区域确定设备连接，用于在所述初识图像被确定为玻璃图像时，基于所述初识图像在所述形态学处理图像中的相对位置修改确定的清洁行走轨迹，并将修改后的清洁行走轨迹发送给所述机械清洁设备。
在所述机械清洁设备行走轨迹修正平台中：
所述轨迹输出设备还用于在所述初识图像被确定为非玻璃图像时，保持确定的清洁行走轨迹不变，以使得所述机械清洁设备按确定的清洁行走轨迹继续行走。
另外，所述机械清洁设备行走轨迹修正平台中还可以包括：GPS定位设备，用于接收GPS导航卫星发送的导航数据，以确定所述机械清洁设备的导航位置。
最初的GPS计划在美国联合计划局的领导下诞生了，该方案将24颗卫星放置在互成120度的三个轨道上。每个轨道上有8颗卫星，地球上任何一点均能观测到6至9颗卫星。这样，粗码精度可达100m，精码精度为10m。由于预算压缩，GPS计划不得不减少卫星发射数量，改为将18颗卫星分布在互成60度的6个轨道上，然而这一方案使得卫星可靠性得不到保障。1988年又进行了最后一次修改：21颗工作星和3颗备用星工作在互成60度的6条轨道上。这也是GPS卫星所使用的工作方式。
GPS导航***是以全球24颗定位人造卫星为基础，向全球各地全天候地提供三维位置、三维速度等信息的一种无线电导航定位***。它由三部分构成，一是地面控制部分，由主控站、地面天线、监测站及通讯辅助***组成。二是空间部分，由24颗卫星组成，分布在6个轨道平面。三是用户装置部分，由GPS接收机和卫星天线组成。民用的定位精度可达10米内。
采用本发明的机械清洁设备行走轨迹修正平台，针对现有技术中机械清洁设备容易碰撞到前方玻璃制品的技术问题，先利用三维图像自动调整成像焦距，再利用玻璃制品的成像特点从调焦后获取的清晰图像中准确分割出玻璃图像，最后，基于所述玻璃图像在所述形态学处理图像中的相对位置修改确定的清洁行走轨迹，并将修改后的清洁行走轨迹发送给所述机械清洁设备，从而避免了与前方玻璃制品的碰撞。
可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (6)
1.一种机械清洁设备行走轨迹修正平台，所述平台包括：
灰尘浓度检测设备，用于检测附近环境的灰尘浓度，以作为实时灰尘浓度输出；
机械清洁设备，与所述灰尘浓度检测设备连接，用于接收所述实时灰尘浓度，并基于所述实时灰尘浓度确定相应的清洁力度；
轨迹输出设备，与所述机械清洁设备连接，用于将确定的清洁行走轨迹发送给所述机械清洁设备，以便于所述机械清洁设备按照所述清洁行走轨迹进行清洁操作。
2.如权利要求1所述的机械清洁设备行走轨迹修正平台，其特征在于，所述平台还包括：
双摄像头组件，设置在所述机械清洁设备的前端，包括水平设置的两个摄像头；
其中，所述双摄像头组件用于对前方景物进行拍摄，以分别获得左侧景物图像和右侧景物图像。
3.如权利要求2所述的机械清洁设备行走轨迹修正平台，其特征在于，所述平台还包括：
视差分析设备，与所述双摄像头组件的两个摄像头分别连接，用于接收所述左侧景物图像和所述右侧景物图像，并将所述左侧景物图像划分为多个分割区域，并基于每一个分割区域在所述右侧景物图像寻找匹配内容的相似区域，将左侧景物图像中每一个分割区域与其在右侧景物图像中相似区域的坐标偏移作为区域偏移量，基于所述左侧景物图像的各个区域偏移量确定所述左侧景物图像和所述右侧景物图像之间的视差。
4.如权利要求3所述的机械清洁设备行走轨迹修正平台，其特征在于，所述平台还包括：
焦距调节设备，分别与所述双摄像头组件和所述视差分析设备连接，用于基于所述视差确定所述左侧景物图像或所述右侧景物图像中拍摄的主要目标距离所述双摄像头组件的距离，并基于所述距离对所述两个摄像头进行焦距调节；
图像组合设备，与所述焦距调节设备和所述双摄像头组件连接，用于在所述焦距调节设备完成焦距调节后，将所述两个摄像头分别获得左侧景物图像和右侧景物图像进行拼接以获得并输出实时拼接图像。
5.如权利要求4所述的机械清洁设备行走轨迹修正平台，其特征在于，所述平台还包括：
形态学处理设备，与所述图像组合设备连接，用于接收所述实时拼接图像，并对所述实时拼接图像执行形态学处理处理，以获得并输出形态学处理图像；
区域初识设备，与所述形态学处理设备连接，用于接收所述形态学处理图像，针对所述形态学处理图像中的每一个像素点的亮度值，判断其是否在预设玻璃上限亮度值和预设玻璃下限亮度值组成的亮度值范围内，如果在所述亮度值范围内，则判断所述像素点为初始像素，并将所述形态学处理图像中的所有初始像素组成初识像素区域；
拟合处理设备，与所述区域初识设备连接，用于接收所述初识像素区域，并将所述初识像素区域拟合以获得初识图像；
图像划分设备，分别与所述拟合处理设备和所述区域初识设备连接，用于基于所述初识图像在所述形态学处理图像中的位置，将所述形态学处理图像划分为玻璃左侧图像、玻璃图像以及玻璃右侧图像；
饱和度分析设备，与所述图像划分设备连接，用于接收所述玻璃左侧图像、所述玻璃图像以及所述玻璃右侧图像，针对所述玻璃左侧图像中的每一个像素点，计算以其为中心的、周围5像素5像素区域内各个像素点的饱和度的平均值以作为其平均饱和度，基于所述玻璃左侧图像中的各个像素点的平均饱和度获取所述玻璃左侧图像对应的平均饱和度图像，基于对所述玻璃左侧图像的相同处理，获得所述玻璃右侧图像对应的平均饱和度图像以及所述玻璃图像对应的平均饱和度图像；
直方图处理设备，与所述饱和度分析设备连接，用于接收所述玻璃左侧图像、所述玻璃图像以及所述玻璃右侧图像分别对应的平均饱和度图像，并对所述玻璃左侧图像的平均饱和度图像执行直方图统计，获得所述玻璃左侧图像对应的饱和度的直方图向量以作为第一直方图向量，对所述玻璃右侧图像的平均饱和度图像执行直方图统计，获得所述玻璃右侧图像对应的饱和度的直方图向量以作为第二直方图向量，对所述玻璃图像的平均饱和度图像执行直方图统计，获得所述玻璃图像对应的饱和度的直方图向量以作为第三直方图向量；
区域确定设备，与所述直方图处理设备连接，用于在第一直方图向量与第三直方图向量的差值的模大于等于预设模阈值，且在第二直方图向量与第三直方图向量的差值的模大于等于预设模阈值时，将所述初识图像确定为玻璃图像并输出，否则，将所述初识图像确定为非玻璃图像并输出；
其中，所述视差分析设备基于所述左侧景物图像的各个区域偏移量确定所述左侧景物图像和所述右侧景物图像之间的视差包括：将各个区域偏移量中出现频率最高的区域偏移量作为所述左侧景物图像和所述右侧景物图像之间的视差；
其中，所述轨迹输出设备还与所述区域确定设备连接，用于在所述初识图像被确定为玻璃图像时，基于所述初识图像在所述形态学处理图像中的相对位置修改确定的清洁行走轨迹，并将修改后的清洁行走轨迹发送给所述机械清洁设备。
6.如权利要求5所述的机械清洁设备行走轨迹修正平台，其特征在于：
所述轨迹输出设备还用于在所述初识图像被确定为非玻璃图像时，保持确定的清洁行走轨迹不变，以使得所述机械清洁设备按确定的清洁行走轨迹继续行走。
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