[發明專利]基于機器視覺的車輛清洗機仿形控制方法及裝置

有效

• 申請號: 201610463445.2
• 申請日: 2016-06-24
• 公開（公告）號: CN105955188B
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發明（設計）人: 馬春龍;莊宏軍;鄧夏依;楊悅;牛啟鳳;陳晗陽
• 申請（專利權）人: 長春思瑤科技有限公司
• 主分類號: G05B19/05
• 分類號: G05B19/05;B60S3/04
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司22100
• 代理人: 陳宏偉

1. 一種基于機器視覺的車輛清洗、仿形控制方法，包括以下步驟：

1）端面仿形及其刷洗控制

車輛形狀數據通過CCD攝像頭采集，經數字信號處理器DSP計算獲得仿形數據，DSP通過RS485通信口將這個仿形數據發給PLC控制系統；PLC控制系統根據車型數據計算端面形狀斜率；

第1步：計算車形拐彎點

（1）連續計算相鄰2點車高梯度

定義某點的車高梯度為 △h_k=h_k-h_k-1, k=1,2,3………n；

（2）判斷車形拐彎點

當某點車高梯度為△h_k>0時，記下該點車高數據地址，送給計算機的拐彎點地址寄存器，連續判斷其后各點車高梯度的正負，并只要車高梯度連續為正的的點數為20點，則判定該點就是拐彎點坐標（L_G，H_G）；但若其后車高梯度連續為正的點數小于20點，則認為該點不是拐彎點，以此方法，繼續判斷下一點是否為拐彎點；

第2步：確定斜率閥值方法

(1)計算車形拐彎點1之前的車形斜率，車形拐彎點1的坐標為（L_G1 ，H_G1），以下簡稱車形拐彎點1；

△H₁=H_G1-H₀,

△L₁=L_G1-L₀,

K ₁=△ H₁/△L₁

其中，H_G1為車形拐彎點1處車高值,H₀為車端面處車高值,△H₁為車形拐彎點1處車高值H_G1和車端面處車高值H₀之差, L_G1為車形拐彎點1處車長值,L₀為車端面處車長值,△L₁為車形拐彎點1處車長值L_G1和車端面處車長值L₀之差, K₁為車形拐彎點1之前的車形斜率；

（2）計算車形拐彎點1之后的斜率；

△H₂=H_G2-H_G1,

△L₂=L_G2-L_G1,

K₂=△H₂/△L₂

其中，H_G2為車形拐彎點2處車高值, 車形拐彎點2的坐標為（L_G2 ，H_G2），以下簡稱車形拐彎點2；△H₂為車形拐彎點2處車高值H_G2和車形拐彎點1處車高值H_G1之差, L_G2為車形拐彎點2處車長值,△L₂為車形拐彎點2處車長值L_G2和車形拐彎點1處車長值L_G1之差, K₂為車形拐彎點1之后的車形斜率；

（3）確定斜率閥值

根據車形統計數據，車面傾斜角Φ<30度時，定義為車高曲線變化緩慢，而Φ>30度時, 定義為車高曲線變化陡急；

故取車面傾斜角Φ=30度的斜率為閥值，即K=tan30=0.58；

第3步：端面仿形及其刷洗控制

將被洗車輛端面分為兩部分：斜率較小的下端部即斜率K₁<K部分,和斜率較大的風擋部即斜率K₂>K部分；然后分兩種情況進行仿形及其刷洗控制:

（1）在斜率K₁<K段，即橫刷處于比較平緩的下端部時，PLC控制系統采集反映橫刷實際位置的編碼器數據，以判斷此時橫刷位置是否達到目標位置，如尚未達到目標位置，PLC控制系統根據橫刷實際位置和目標位置的差計算出橫刷升降電機的動作頻率和動作方向，然后通過PLC控制系統的COM3口將這個控制信息送給變頻器，變頻器控制升降電機動作，同時，PLC控制系統不斷采集編碼器數據，當橫刷位置接近目標位置時，PLC控制系統立即將新的控制信息送給變頻器，使變頻器以較小的頻率運行，防止超調；當橫刷達到目標位置時，PLC控制系統將停止信息送給變頻器，電動機停止動作；以后各點，PLC控制系統實時采集橫刷位置編碼器數據，并判斷橫刷位置是否為目標位置，實時調解；

（2）在斜率K₂>K段，即當橫刷處于斜率較大的風擋部時，PLC控制系統根據這個斜率,結合龍門架水平運動速度，計算橫刷垂直運動速度分量；根據這個速度分量，計算變頻器的動作頻率；由于設計洗車系統水平運動速度為15mm/S,PLC控制系統將數字信號處理器DSP傳送過來的車形數據按車長每15mm取一個,則在斜率K₂>K段，數據總數也就是洗車系統水平運動時間為T_G1-G2=△L2/15 秒；

則橫刷垂直運動速度V=△H₂/ T_G1-G2 ；橫刷恒速垂直運動所需要的變頻器頻率為F=P*V，其中P為速度-頻率變換系數；

PLC控制系統控制變頻器使橫刷升降電機恒速運轉，使橫刷裝置做升降運動，水平運動由PLC控制系統控制交流電機通過龍門架裝置運動完成，兩部份的合成就是風擋部位車形曲線的形狀；

當洗車系統運動到拐彎點2時，斜率K₂>K段結束，系統再次進入斜率K₁<K段，因此按K₁<K段調節規律調節；

同時，PLC控制系統通過輸出端Y1、Y4、Y5分別控制橫刷轉、噴水、噴泡沫按程序動作；當橫豎處于上下極限位置時，橫刷上位傳感器、橫刷下位傳感器動作，PLC控制系統的輸入端子X4、X5接通，PLC控制系統立即控制變頻器停止動作；

2）智能補洗控制

通過圖像采集處理系統采集、處理車體圖像，計算車體表面清潔度C，當C<C_閥時，判斷為清潔度不合格，沒有達到清潔要求，智能補洗控制程序將被激活，控制系統進行補洗操作，反之，當C>C_閥時, 判斷為清潔度合格，不進行補洗；

3）智能洗刷強度控制

上述計算的車體表面清潔度C，也將作為洗刷強度控制的依據；當車體某處C<C_閥時,控制刷更加貼近車體刷洗，同時，清洗劑噴量、噴水壓力都將相應加大，清洗強度增大；反之，將減小清洗強度。

2.一種基于機器視覺的車輛清洗機仿形控制裝置，其特征在于：

主要由圖像采集處理系統、過載及位置傳感器單元、編碼器、PLC控制系統控制系統、變頻器、橫刷動作裝置、噴水裝置、洗車機行走裝置組成；

其中，圖像采集處理系統與PLC控制系統串行通信口COM2相連，為PLC控制系統提供車輛仿形數據；過載及位置傳感器單元與PLC控制系統輸入端口相連，為PLC控制系統提供過載及各機構位置信息，以便于對洗車裝置進行位置及安全控制；編碼器一方面連接到橫刷動作裝置，負責采集橫刷位置信息，另一方面連接到PLC控制系統的輸入端，為PLC控制系統提供橫刷當前位置信息；變頻器與PLC控制系統串行通信口COM3相連，接收PLC控制系統輸出的車輛仿形控制數據，同時，變頻器與橫刷動作裝置相連，輸出控制信號控制橫刷動作裝置中的升降裝置動作；PLC控制系統的輸出端口分別與橫刷動作裝置、噴水裝置、洗車機行走裝置相連，PLC控制系統根據計算得到的控制數據分別控制橫刷動作裝置、噴水裝置、洗車機行走裝置配合動作，以完成端面仿形及其刷洗控制、智能補洗控制，智能洗刷強度控制；

所述的圖像采集處理系統主要包括：CCD攝像頭、視頻解碼器、DSP、SDRAM、Flash；其中，CCD攝像頭與視頻解碼器相連，負責圖像的采集及模數變換；視頻解碼器與DSP 的視頻輸入口相連，負責把完成模數變換的數字視頻信息傳送給DSP處理，同時DSP的I2C接口連接到視頻解碼器的I2C總線接口，I2C總線接口負責視頻解碼器的內部寄存器參數的配置和狀態的讀出；SDRAM并聯連接到DSP的EMIFA接口，負責存放原始圖像數據； Flash連接到DSP的EMIFA接口，用于固化程序和一些掉電后仍需保存的用戶數據。