[發明專利]一種換熱器自動清洗裝置的視覺導航系統及其操作方法

在審

• 申請號: 202210211074.4
• 申請日: 2022-03-04
• 公開（公告）號: CN114564021A
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 王彪;陸斌;姜哲;羅高生;肖倫輝
• 申請（專利權）人: 上海海洋大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02;F28G9/00;F28G15/00
• 代理公司: 上海申浩律師事務所 31280
• 代理人: 田敏

1.一種換熱器自動清洗裝置的視覺導航系統，其特征在于，包括：工業相機、PC機、通信接口，所述工業相機通過Gige接口連接PC機的網口，所述PC機通過USB接口、USB轉RS-485接口連接自動清洗裝置的噴槍執行機構。

2.一種如權利要求1所述的換熱器自動清洗裝置的視覺導航系統的操作方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1)利用工業相機獲取換熱器管束正面圖像；

步驟2)對獲取的正面圖像進行預處理，包括畸變矯正和圖像增強；

步驟3)使用改進YOLOv3目標檢測算法進行管口檢測；

步驟4)根據相機成像原理利用坐標轉換公式將管口圓心像素坐標轉換成實際坐標；

步驟5)進行清洗作業路徑規劃；

步驟6)將規劃后的路徑發送給執行機構以進行后續作業。

3.根據權利要求2所述的一種換熱器自動清洗裝置的視覺導航系統的操作方法，其特征在于，所述步驟1)中的工業相機為CCD相機或者CMOS相機，獲取圖像時將像素長寬改成相等大小。

4.根據權利要求2所述的一種換熱器自動清洗裝置的視覺導航系統的操作方法，其特征在于，所述步驟2)和步驟4)中的圖像畸變矯正、坐標轉換過程中用到的相機內參均通過相機標定得到。

5.根據權利要求2所述的一種換熱器自動清洗裝置的視覺導航系統的操作方法，其特征在于，所述步驟3)中的管口識別使用基于YOLOv3的目標檢測算法，并根據換熱器清洗作業具體情況做了改進。

6.根據權利要求5所述的一種換熱器自動清洗裝置的視覺導航系統的操作方法，其特征在于，所述改進具體為：將YOLOv3算法的主干網絡DarkNet-53替換成輕量級網絡MobileNet v2，大幅降低模型的計算量和參數量以提高檢測速度；網絡的輸入大小調整為416×416；利用自制數據集對錨框重新進行聚類分析，決定使用9個錨框進行預測，錨框的大小分別是:10×10、15×15、22×23、36×36、55×55、62×63、79×78、95×96、115×116；對MobileNet v2網絡的第55層、第116層和第150層的特征圖進行檢測，其特征圖尺寸分別是52×52×192、26×26×576和13×13×1280；將得到的特征圖使用上采樣來提高尺寸，與網絡中對應的圖層進行融合，將9個錨框從大到小進行排序后按照更深層的特征圖獲得更大錨框的原則，平均分配到3個特征圖中；最后使用非極大值抑制去除重復的邊界框，得到最終的管口檢測結果；所述管口識別方法相比于傳統的目標檢測算法在準確性和實時性上均有大幅提高。

7.根據權利要求2所述的一種換熱器自動清洗裝置的視覺導航系統的操作方法，其特征在于，所述步驟3)中的改進YOLOv3目標檢測算法需要提前利用數據集進行訓練。

8.根據權利要求2所述的一種換熱器自動清洗裝置的視覺導航系統的操作方法，其特征在于，所述步驟5)中的路徑規劃方法為正交路徑法，在像素坐標系下完成，算法流程如下：

步驟51)求出所有邊界框邊長的平均值作為管口的直徑，記為d；

步驟52)找出所有管口圓心坐標中最小的縱坐標值，記為v_min；

步驟53)另外的管口圓心縱坐標記為v_i，如果v_i-v_min＜k·d，則可認為這些圓位于同一行，k為一閾值；

步驟54)將上一步中得到的圓按照橫坐標進行排序，奇數行順序，偶數行逆序；

步驟55)剩余的管口重復2～4步操作；

步驟56)直至處理完所有管理以后，得到的排序即為清洗路徑；

步驟57)最終將規劃完成的清洗路徑由通信接口發送給執行機構，以完成清洗作業。