專利名稱：基于視覺輔助的地面廣告清除機器人控制系統(tǒng)及控制設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于機器人控制技術領域。具體涉及一種基于視覺輔助的地面廣告清除機 器人控制系統(tǒng)及相關設備。
背景技術：
被稱為“城市牛皮癬”的小廣告無處不在，“城市牛皮癬”的存在已經(jīng)成為城市一道 不和諧的景觀。一方面對市容市貌造成污染，有礙觀瞻，嚴重影響城市形象；另一方面也帶 來許多社會隱患，影響市民生活。因此清除地面污漬(小廣告)是城市清潔工作的重要任 務之一。隨著機器人技術及其支持技術的迅速發(fā)展，機器人的應用已經(jīng)逐漸從工業(yè)領域向 軍事、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、服務等領域滲透。如果能設計出一種地面廣告清除機器人控制系統(tǒng)，將能 很好的解決上述問題。國外在清除地面廣告的技術方法上，主要是應用高壓水來解決。通過高壓泵產(chǎn)生 的強大的水壓力沖刷小廣告的表面來清除廣告。德國的一些公司在這方面走在前列，如德 國的Kranzle公司生產(chǎn)的大力神產(chǎn)品，但其高壓清洗在國內(nèi)的效果不理想。主要是技術使 用和能源運用方面存在問題。北京康博思銘公司開發(fā)了一款廣告清除產(chǎn)品，它的原理是利 用高溫蒸汽作為清洗介質(zhì)，以液化石油氣做燃料，開機后一段時間內(nèi)會產(chǎn)生高溫蒸汽，然后 利用噴出的高溫氣體去沖刷小廣告。該產(chǎn)品相對于大力神來說有了一定的針對性，應該說 是一個大的進步，但是，在設計上也存在一些問題。比如，高溫蒸汽容易傷人；依然存在水資 源的浪費，用液化氣罐作為動力源危險性高；手持手柄在長時間的高溫作用下，容易過熱傷 害操作員等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種地面廣告清除機器人控制系統(tǒng)；該控制系統(tǒng)基于視覺 輔助進行設計開發(fā)，應用單目攝像機對地面狀況進行實時動態(tài)采集并進行相應的處理；由 于處理后的數(shù)據(jù)較少，便于系統(tǒng)的存儲與計算，結構模塊化層次分明，實現(xiàn)起來相對簡單方 便。上述發(fā)明的目的通過以下的技術方案實現(xiàn)基于視覺輔助的地面廣告清除機器人控制裝置，其組成包括支架，主控模塊，控 制裝置還包括與所述的主控模塊連接的單目攝像頭，與所述的單目攝像頭連接的電機控制 模塊和舵機控制模塊，與小廣告清除機器人聯(lián)系的無線通信模塊，應用程序下載調(diào)試模塊 與上位工控機；所述的主控模塊和電源都分別連接圖像控制模塊、所述的無線通信模塊、所 述的電機控制模塊、所述的舵機控制模塊和所述的程序下載調(diào)試模塊、電機反饋模塊。所述的基于視覺輔助的地面廣告清除機器人控制裝置，所述的支架包括帶有車轱 轆的橫向剛性支架，所述的橫向剛性支架連接豎向剛性支架，在所述的豎向剛性支架的左 側裝有與所述的橫向剛性支架連接的所述的磨頭，所述的磨頭上方連接裝在所述的橫向剛 性支架上的磨頭旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機，所述的磨頭旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機通過磨頭升降連桿連接磨頭升降驅(qū)動電機和磨頭升降彈簧，在所述的豎向剛性支架的右側裝有與所述的橫向剛性支架連接 的控制系統(tǒng)，所述的控制系統(tǒng)連接無線通訊裝置，所述的橫向剛性支架的尾部連接行進驅(qū) 動電機和外置編碼器，所述的橫向剛性支架的前部裝有與所述的磨頭旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機連接的 轉(zhuǎn)向驅(qū)動電機，所述的豎向剛性支架頂端裝有所述的單目攝像頭。所述的基于視覺輔助的地面廣告清除機器人控制裝置，所述的主控模塊是用輔助 視覺系統(tǒng)進行移動清除的；以飛思卡爾半導體公司16位單片機型號MC9S12XS128B為核心 的主控芯片及芯片初始化電路組成的，所述的圖像采集模塊是采用攝像頭型號0V6620驅(qū) 動芯片進行攝像頭驅(qū)動，為主控芯片提供很好的數(shù)字圖像信息、行中斷和場中斷標識位，且 具有356*292的分辨率和每秒50場的高采集速度，通過主控芯片捕捉相應的信號，或產(chǎn)生 中斷或輸入比較來判斷接收圖像數(shù)據(jù)。所述的基于視覺輔助的地面廣告清除機器人控制裝置，所述的電機控制模塊是由 電機驅(qū)動芯片和兩直流電機組成，采用1片L298n電機驅(qū)動芯片控制2個直流電機。所述的基于視覺輔助的地面廣告清除機器人控制裝置，所述的舵機控制模塊包括 控制地面廣告清除機器人轉(zhuǎn)向的驅(qū)動裝置和磨頭上下升降的驅(qū)動裝置；所述的無線通訊模 塊采用Zigbee作為通信載體，使用串口連接方式，所選Zigbee具有外置天線3db及任意可 設波特率的性能，控制上位機和小廣告清除機器人的直接通信。所述的基于視覺輔助的地面廣告清除機器人控制裝置，所述的程序下載調(diào)試模塊 采用專用的飛思卡爾單片機的下載調(diào)試模塊MC908JB16芯片設計；該模塊是搭配專用編程 開發(fā)環(huán)境和在線跟蹤調(diào)試環(huán)境，完成程序的修改和維護的專用模塊。基于視覺輔助的地面廣告清除機器人控制系統(tǒng)，由主控模塊發(fā)出指令直接控制圖 像控制模塊，由圖像控制模塊發(fā)出信號應用到單目攝像頭對要清除的地面進行圖像采集和 處理，處理后的數(shù)據(jù)信息反饋給電機控制模塊和舵機控制模塊進行控制，并動態(tài)掃描電機 反饋模塊的實時狀態(tài)，使機器人能夠自動尋找地面廣告并清除；同時，由無線通信模塊發(fā)出 的指令，控制上位機和小廣告清除機器人的直接通信，完成遠程控制、數(shù)據(jù)跟蹤；應用程序 下載調(diào)試模塊與上位機搭配編程開發(fā)環(huán)境，進行程序修改和維護。所述的基于視覺輔助的地面廣告清除機器人控制系統(tǒng)，所述的電機反饋模塊將移 動裝置的轉(zhuǎn)動圈數(shù)和位置反饋給主控芯片當中的外置編碼器，使主控芯片感知電機的運動 狀況，獲知小車的運動距離；所述的電機控制模塊直流電機分別作為地面廣告清除機器人 的移動驅(qū)動裝置和清除驅(qū)動裝置；移動驅(qū)動裝置連接運動輪桿齒輪組，實現(xiàn)輪胎的同步； 清除驅(qū)動裝置用來驅(qū)動底端磨頭，完成清除動作所述的轉(zhuǎn)向驅(qū)動裝置分別連在兩個輪子的 轉(zhuǎn)向桿端，完成輪子的轉(zhuǎn)向動作；磨頭上下升降的驅(qū)動裝置進行角度旋轉(zhuǎn)，推動彈簧桿的升 降。有益效果1.本發(fā)明基于視覺輔助的控制系統(tǒng)，機器人能夠較為準確的識別地面廣告的尺寸 和位置，并可以自動清除廣告，動態(tài)性能良好，誤差較小，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力強。2.本發(fā)明避免了由于人的參與而造成的安全問題以及系統(tǒng)誤操作。3.本發(fā)明能夠完成對地面目標廣告的識別與清除，是地面廣告清除機器人的關鍵 技術之一，其控制系統(tǒng)性決定了機器人能否完成規(guī)定的工作任務。4.本發(fā)明應用無線通信模塊發(fā)出的指令，控制上位機和小廣告清除機器人的直接通信，可完成遠程控制、數(shù)據(jù)跟蹤、實驗調(diào)試，操作簡單，實用性好。


圖1是本發(fā)明控制系統(tǒng)結構圖。
圖2是本發(fā)明地面廣告清除機器人的結構圖。
圖3是圖2的俯視圖。
圖4本發(fā)明的系統(tǒng)電路圖。
圖5本發(fā)明中7. 2V-5V穩(wěn)壓電路圖。
圖6本發(fā)明中電機接口的電路圖。
圖7本發(fā)明中測試信號燈的電路圖。
圖8本發(fā)明中電機驅(qū)動外圍電路電路圖。
圖9本發(fā)明中舵機接口電路圖。
圖10本發(fā)明中下載調(diào)試接口電路圖。
圖11本發(fā)明中供電模塊電路圖。
圖12本發(fā)明中無線通信模塊電路圖。
圖13本發(fā)明中光電編碼輸入電路圖。
圖14本發(fā)明中攝像頭輸入接口電路圖。
具體實施例方式實施例1 基于視覺輔助的地面廣告清除機器人控制系統(tǒng)，支架，主控模塊，與所述的主控模 塊連接的單目攝像頭，與所述的單目攝像頭連接的電機控制模塊和舵機控制模塊，與小廣 告清除機器人聯(lián)系的無線通信模塊，應用程序下載調(diào)試模塊與上位工控機。所述的主控模 塊1連接圖像控制模塊2、無線通信模塊3、電機控制模塊4、舵機控制模塊5和程序下載調(diào) 試模塊6，所述的圖像控制模塊2、無線通信模塊3、電機控制模塊4、舵機控制模塊5和程序 下載調(diào)試模塊6連接電源7，所述的電源7連接電機反饋模塊8，所述的電機反饋模塊8連 接主控模塊1?；谝曈X輔助的地面廣告清除機器人控制系統(tǒng)，由主控模塊發(fā)出指令直接控制圖 像控制模塊，由圖像控制模塊發(fā)出信號應用到單目攝像頭對要清除的地面進行圖像采集和 處理，處理后的數(shù)據(jù)信息反饋給電機控制模塊和舵機控制模塊進行控制，并動態(tài)掃描電機 反饋模塊的實時狀態(tài)，使機器人能夠自動尋找地面廣告并清除；同時，由無線通信模塊發(fā)出 的指令，控制上位機和小廣告清除機器人的直接通信，完成遠程控制、數(shù)據(jù)跟蹤；應用程序 下載調(diào)試模塊與上位機搭配編程開發(fā)環(huán)境，進行程序修改和維護。所述的基于視覺輔助的地面廣告清除機器人控制系統(tǒng)，所述的電機反饋模塊將移 動裝置的轉(zhuǎn)動圈數(shù)和位置反饋給主控芯片當中的外置編碼器，使主控芯片感知電機的運動 狀況，獲知小車的運動距離；所述的電機控制模塊直流電機分別作為地面廣告清除機器人 的移動驅(qū)動裝置和清除驅(qū)動裝置；移動驅(qū)動裝置連接運動輪桿齒輪組，實現(xiàn)輪胎的同步； 清除驅(qū)動裝置用來驅(qū)動底端磨頭，完成清除動作所述的轉(zhuǎn)向驅(qū)動裝置分別連在兩個輪子的 轉(zhuǎn)向桿端，完成輪子的轉(zhuǎn)向動作；磨頭上下升降的驅(qū)動裝置進行角度旋轉(zhuǎn)，推動彈簧桿的升降。實施例2 實施例1所述的基于視覺輔助的地面廣告清除機器人控制系統(tǒng)，所述的主 控模塊是用輔助視覺系統(tǒng)進行移動清除的；以飛思卡爾半導體公司16位單片機型號 MC9S12XS128B為核心的主控芯片及芯片初始化電路組成的。所述的基于視覺輔助的地面廣告清除機器人控制系統(tǒng)，所述的圖像采集模塊是采 用攝像頭型號0V6620驅(qū)動芯片進行攝像頭驅(qū)動，可為主控芯片提供很好的數(shù)字圖像信息、 行中斷和場中斷標識位，且具有356*292的分辨率和每秒50場的高采集速度，可以通過主 控芯片捕捉相應的信號，或產(chǎn)生中斷或輸入比較來判斷接收圖像數(shù)據(jù)。所述的基于視覺輔助的地面廣告清除機器人控制系統(tǒng)，所述的電機控制模塊是由 電機驅(qū)動芯片和兩直流電機組成，采用1片L298n電機驅(qū)動芯片控制2個直流電機；兩直流 電機分別作為地面廣告清除機器人的移動驅(qū)動裝置和清除驅(qū)動裝置；移動驅(qū)動裝置連接運 動輪桿齒輪組，實現(xiàn)輪胎的同步；清除驅(qū)動裝置用來驅(qū)動底端磨頭，完成清除動作。所述的基于視覺輔助的地面廣告清除機器人控制系統(tǒng)，所述的舵機控制模塊包括 控制地面廣告清除機器人轉(zhuǎn)向的驅(qū)動裝置和磨頭上下升降的驅(qū)動裝置；轉(zhuǎn)向驅(qū)動裝置分別 連在兩個輪子的轉(zhuǎn)向桿端，完成輪子的轉(zhuǎn)向動作；磨頭上下升降的驅(qū)動裝置可進行角度旋 轉(zhuǎn)，推動彈簧桿的升降。所述的基于視覺輔助的地面廣告清除機器人控制系統(tǒng)，所述的電機反饋模塊將移 動裝置的轉(zhuǎn)動圈數(shù)和位置反饋給主控芯片當中的外置編碼器，使主控芯片感知電機的運動 狀況，獲知小車的運動距離。所述的基于視覺輔助的地面廣告清除機器人控制系統(tǒng)，所述的無線通訊模塊采用 Zigbee作為通信載體，使用串口連接方式，所選Zigbee具有外置天線(3db的幅度)及任意 可設波特率的性能，可控制上位機和小廣告清除機器人的直接通信。所述的基于視覺輔助的地面廣告清除機器人控制系統(tǒng)，所述的程序下載調(diào)試模塊 采用專用的飛思卡爾單片機的下載調(diào)試模塊MC908JB16芯片設計；該模塊搭配專用編程開 發(fā)環(huán)境和在線跟蹤調(diào)試環(huán)境，完成程序的修改和維護。實施例3 實施例1或2所述的基于視覺輔助的地面廣告清除機器人控制裝置，其組成包括 帶有車轱轆22橫向剛性支架9和豎向剛性支架10，所述的橫向剛性支架9連接豎向剛性支 架10，在所述的豎向剛性支架10的左側裝有與橫向剛性支架9連接的磨頭11，所述的磨頭 11上方連接裝在橫向剛性支架上的磨頭旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機12，所述的磨頭旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機12通 過磨頭升降連桿13連接磨頭升降驅(qū)動電機14和磨頭升降彈簧15，在所述的豎向剛性支架 10的右側裝有與橫向剛性支架9連接的控制系統(tǒng)16，所述的控制系統(tǒng)16連接無線通訊裝 置17，所述的橫向剛性支架9的尾部連接行進驅(qū)動電機18和外置編碼器19，所述的橫向剛 性支架9的前部裝有與磨頭旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機12連接的轉(zhuǎn)向驅(qū)動電機21，所述的豎向剛性支架 頂端裝有單目攝像頭20。操作流程(1)首先，由主控芯片及芯片初始化電路組成的主控模塊發(fā)出掃描指令直接控制 圖像模塊，使單目攝像頭對要清除的地面進行圖像采集和處理；
(2)圖像采集處理模塊將處理后的地面廣告圖像尺寸以及相應圖像坐標位置信息 反饋給主控模塊；(3)主控模塊將得到的尺寸和位置數(shù)據(jù)信息，通過發(fā)送指令的方式同時控制電機 控制模塊和舵機控制模塊；其中電機控制模塊當中的移動驅(qū)動裝置和清除驅(qū)動裝置分別實 現(xiàn)輪胎的同步和磨頭的旋轉(zhuǎn)清除運動；其中舵機控制模塊當中的轉(zhuǎn)向驅(qū)動裝置和磨頭升降 驅(qū)動裝置分別實現(xiàn)輪子的轉(zhuǎn)向和磨頭的升降；(4)主控芯片動態(tài)掃描電機反饋模塊的信息，使機器人能夠及時調(diào)整方位與磨頭 位置，自動尋找地面廣告并清除；(5)應用無線通信模塊發(fā)出的指令，控制上位機和小廣告清除機器人進行直接通 信，完成遠程控制、數(shù)據(jù)跟蹤。(6)應用程序下載調(diào)試模塊，隨時完成程序的修改和維護。
權利要求
一種基于視覺輔助的地面廣告清除機器人控制裝置，其組成包括支架，主控模塊，其特征是控制裝置還包括與所述的主控模塊連接的單目攝像頭，與所述的單目攝像頭連接的電機控制模塊和舵機控制模塊，與小廣告清除機器人聯(lián)系的無線通信模塊，應用程序下載調(diào)試模塊與上位工控機；所述的主控模塊和電源都分別連接圖像控制模塊、所述的無線通信模塊、所述的電機控制模塊、所述的舵機控制模塊和所述的程序下載調(diào)試模塊、電機反饋模塊。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于視覺輔助的地面廣告清除機器人控制裝置，其特征是 所述的支架包括帶有車轱轆的橫向剛性支架，所述的橫向剛性支架連接豎向剛性支架，在 所述的豎向剛性支架的左側裝有與所述的橫向剛性支架連接的所述的磨頭，所述的磨頭上 方連接裝在所述的橫向剛性支架上的磨頭旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機，所述的磨頭旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機通過磨 頭升降連桿連接磨頭升降驅(qū)動電機和磨頭升降彈簧，在所述的豎向剛性支架的右側裝有與 所述的橫向剛性支架連接的控制系統(tǒng)，所述的控制系統(tǒng)連接無線通訊裝置，所述的橫向剛 性支架的尾部連接行進驅(qū)動電機和外置編碼器，所述的橫向剛性支架的前部裝有與所述的 磨頭旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機連接的轉(zhuǎn)向驅(qū)動電機，所述的豎向剛性支架頂端裝有所述的單目攝像 頭。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的基于視覺輔助的地面廣告清除機器人控制裝置，其特征 是所述的主控模塊是用輔助視覺系統(tǒng)進行移動清除的；以飛思卡爾半導體公司16位單片 機型號MC9S12XS128B為核心的主控芯片及芯片初始化電路組成的，所述的圖像采集模塊 是采用攝像頭型號0V6620驅(qū)動芯片進行攝像頭驅(qū)動，為主控芯片提供很好的數(shù)字圖像信 息、行中斷和場中斷標識位，且具有356*292的分辨率和每秒50場的高采集速度，通過主控 芯片捕捉相應的信號，或產(chǎn)生中斷或輸入比較來判斷接收圖像數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的基于視覺輔助的地面廣告清除機器人控制裝置，其特征 是所述的電機控制模塊是由電機驅(qū)動芯片和兩直流電機組成，采用1片L298n電機驅(qū)動芯 片控制2個直流電機。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的基于視覺輔助的地面廣告清除機器人控制裝置，其特 征是所述的舵機控制模塊包括控制地面廣告清除機器人轉(zhuǎn)向的驅(qū)動裝置和磨頭上下升 降的驅(qū)動裝置；所述的無線通訊模塊采用Zigbee作為通信載體，使用串口連接方式，所選 Zigbee具有外置天線3db及任意可設波特率的性能，控制上位機和小廣告清除機器人的直 接通信。
6.根據(jù)權利要求1或2所述的基于視覺輔助的地面廣告清除機器人控制裝置，其特征 是所述的程序下載調(diào)試模塊采用專用的飛思卡爾單片機的下載調(diào)試模塊MC908JB16芯片 設計；該模塊是搭配專用編程開發(fā)環(huán)境和在線跟蹤調(diào)試環(huán)境，完成程序的修改和維護的專 用模塊。
7.一種基于視覺輔助的地面廣告清除機器人控制系統(tǒng)，其特征是由主控模塊發(fā)出指 令直接控制圖像控制模塊，由圖像控制模塊發(fā)出信號應用到單目攝像頭對要清除的地面進 行圖像采集和處理，處理后的數(shù)據(jù)信息反饋給電機控制模塊和舵機控制模塊進行控制，并 動態(tài)掃描電機反饋模塊的實時狀態(tài)，使機器人能夠自動尋找地面廣告并清除；同時，由無線 通信模塊發(fā)出的指令，控制上位機和小廣告清除機器人的直接通信，完成遠程控制、數(shù)據(jù)跟 蹤；應用程序下載調(diào)試模塊與上位機搭配編程開發(fā)環(huán)境，進行程序修改和維護。
8.根據(jù)權利要求7所述的基于視覺輔助的地面廣告清除機器人控制系統(tǒng)，其特征是 所述的電機反饋模塊將移動裝置的轉(zhuǎn)動圈數(shù)和位置反饋給主控芯片當中的外置編碼器，使 主控芯片感知電機的運動狀況，獲知小車的運動距離；所述的電機控制模塊直流電機分別 作為地面廣告清除機器人的移動驅(qū)動裝置和清除驅(qū)動裝置；移動驅(qū)動裝置連接運動輪桿齒 輪組，實現(xiàn)輪胎的同步；清除驅(qū)動裝置用來驅(qū)動底端磨頭，完成清除動作所述的轉(zhuǎn)向驅(qū)動裝 置分別連在兩個輪子的轉(zhuǎn)向桿端，完成輪子的轉(zhuǎn)向動作；磨頭上下升降的驅(qū)動裝置進行角 度旋轉(zhuǎn)，推動彈簧桿的升降。
全文摘要
基于視覺輔助的地面廣告清除機器人控制系統(tǒng)及控制設備。國外在清除地面廣告的技術方法上，主要是應用高壓水來解決。通過高壓泵產(chǎn)生的強大的水壓力沖刷小廣告的表面來清除廣告。本發(fā)明由主控模塊發(fā)出指令直接控制圖像控制模塊，由圖像控制模塊發(fā)出信號應用到單目攝像頭對要清除的地面進行圖像采集和處理，處理后的數(shù)據(jù)信息反饋給電機控制模塊和舵機控制模塊進行控制，并動態(tài)掃描電機反饋模塊的實時狀態(tài)，使機器人能夠自動尋找地面廣告并清除；同時，由無線通信模塊發(fā)出的指令，控制上位機和小廣告清除機器人的直接通信，可完成遠程控制、數(shù)據(jù)跟蹤；應用程序下載調(diào)試模塊與上位機搭配編程開發(fā)環(huán)境，進行程序修改和維護。本發(fā)明用于地面廣告清除機器人。
文檔編號E01H1/02GK101864745SQ201010158888
公開日2010年10月20日 申請日期2010年4月29日 優(yōu)先權日2010年4月29日
發(fā)明者李東潔, 王金玉, 肖萬哲, 鄒宇 申請人:哈爾濱理工大學