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爬壁清洗機器人（文獻翻譯） 11爬壁機器人清洗玻璃表面運動規(guī)劃與視覺傳感Dong Sun, Jian Zhu and Shiu Kit Tso Department of Manufacturing Engineering and Engineering Management City University of Hong Kong1.介紹發(fā)展需求的不斷增長,各種服務機器人減輕人類和危險的工作,如清潔鏡面摩天大樓、消防救援、檢查,高管道和墻壁。顯示我們攀登機器人系統(tǒng)是最近發(fā)展起來的目的是清潔的玻璃杯的高層建筑,用吸盤堅持玻璃和一個平移機構(gòu)來移動。這個機器人可加速到 3米/分鐘,有能力跨越裂縫和障礙小于 35毫米的身高和 80毫米寬。利用一個靈活的腰,機器人可以很容易的調(diào)整方向。服務機器人運動規(guī)劃問題中扮演著重要的角色,使機器人到達目標位置和避免或跨障礙運動軌跡。有相當大的方法來解決這一文學運動規(guī)劃問題或步行機器人車型,如 Lamiraux和Laumond(2001),Boissonnat等。(2000),Hasegawa 等。(2000),陳等人(1999),傷害和 Lumelsky(1999),Egerstedt和胡(2002),Mosemann 和 Wahl(2001),僅舉幾例。所有這些算法是不適合我們的清潔機器人的應用。這是因為 1)運行機構(gòu)的爬壁機器人平動的使用吸盤,它不同于其它機器人(2)爬壁機器人工作空間環(huán)境、即玻璃墻體,將其分為許多長方形部分通過水平及垂直窗口框架,和機器人必須能穿過窗框要打掃所有的部分。因為這些特性,存在一個需求一個獨特的運動規(guī)劃方案應用于爬壁機器人。另一個關鍵的爬壁機器人的成功在于有效的遙感應用能力。做清掃工作在玻璃表面,清洗機器人必須知道什么時候開始或停止的清潔工作,如何控制取向(或運動方向),以及如何穿越窗框。因此,有必要測量機器人定位,機器人之間的距離和窗框距離,機器人之間的距離和骯臟的地方被打掃過了。近期的一些作品的傳感系統(tǒng)上的清潔機器人,在先前的文獻中(Malis等問題,1999 分;馬等問題,1999)。Simoncelli 丁曉萍。(2000)利用超聲波聲納自動定位。Kurazume Hirose(2000)提出,所謂的“合作定位系統(tǒng)”搜索過程,直到達成目標的位置。然而,在爬壁機器人在玻璃表面上看,許多傳統(tǒng)方法用激光、超聲波傳感器不能適用于測量等機器人之間的距離和窗框。這是因為窗框的高度通常很低,發(fā)出的光束傳感器是非常困難的,到達除非梁框架完全平行的玻璃表面。由于不可避免的安裝誤差,傳感器通常很難保證光束于玻璃表面是完全平行的。相機經(jīng)常用于機器人的定位、視覺伺服和視覺的指導。Malis 丁曉萍。(2000)使用了兩個照相機的空時二維和 2-1/2-D視覺伺服,并提出了一種多幅相機視覺伺服方法。然而,使用大量的相機不得適用于爬壁機器人原因1),幾臺攝像機很難建立一個大區(qū)域的交叉的視角 2),使用一個數(shù)字照相機增加體重,從而增加負荷使爬壁機器人的安全。在此分析基礎上,一個單一的鏡頭是機器人用來查找定位相機在多個方向等從一個位置。這種方法的缺點是,eigenspace測量性能將不同環(huán)境的變化。此外,深度資料遺失、之間的距離與相機無法衡量目標由傳統(tǒng)單一的相機。這一章我們的方法解決上述兩個具有挑戰(zhàn)性的問題、運動規(guī)劃和視覺傳感,爬壁清洗機器人。這一章是簡述爬壁清洗機器人。在第二章,爬壁機器人機構(gòu)進爬壁清洗機器人（文獻翻譯） 22行了闡述。在第三節(jié),幾何規(guī)劃機器人的玻璃制品在多框架墻被提出了。第四節(jié),視覺傳感系統(tǒng)構(gòu)成的全方位 CCD攝像機和兩個激光二極管,被證明是可以使機器人,測定其取向和機器人之間的距離和窗框。在第五部分實驗證明了該方法的有效性。最后,在第 6部分給出了結(jié)論。爬壁清洗機器人（文獻翻譯） 332.清掃機器人的結(jié)構(gòu)清洗機器人系統(tǒng)包括一個移動的爬壁機器人,一個支撐工具,壓縮機,和一臺電腦。爬壁機器人的吸附在玻璃表面進行清潔工作。汽車用品配套的電力和清洗液體。壓縮機作為空氣源。通過計算機之間的溝通和機器人,操作者可以仔細檢查和控制操作的機器人。發(fā)達的爬壁機器人有一個長度為 1220毫米,寬度 1340毫米,高度為 370毫米,重 30公斤。這個機器人主要由兩個系列無桿氣缸相互垂直的,水平(X -)瓶是 400毫米,垂直(Y -)缸為 500毫米。執(zhí)行這些 2缸交替,機器人運行于 X或 Y方向。2、四個簡短的 Z -缸安裝在兩頭。通過拉伸或收縮活塞的桿這四缸,這個機器人能進入 Z方向移動。相交的兩個無桿氣缸,一個旋轉(zhuǎn)圓筒命名為機器人的腰部件,機器人可以繞 Z-軸旋轉(zhuǎn)。兩個特殊設計的刷子,每個組成一個刮板和吸取系統(tǒng)的固定在臥式圓筒。刮板用清潔劑清潔臟斑點在玻璃表面。返回污水收集系統(tǒng)的配套工具回收。機器人擁有吸盤的附著力。四個吸盤,每一個都有一個直徑為 100毫米,每只腳上安裝 4個?？偸鶋|提供了一個吸力量足以承受 15公斤載荷。使用一個平動機器人運動機制。桿對桿操作模式,這個機器人能完成一連串的動作包括移動,旋轉(zhuǎn),穿越的障礙。機器人的旋轉(zhuǎn)控制是通過調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)角度的旋轉(zhuǎn)氣缸。機器人每一步可旋轉(zhuǎn)周圍 1.6度 Z-軸向直到達到預期的姿勢。機器人控制系統(tǒng)的設計是基于主板和一個電腦。主計算機坐落在地上,被操作員直接操作。利用反饋信號的傳感器安裝在機器人電腦用來控制的機器人的姿勢能實現(xiàn)自動導航使機器人在玻璃表面進行工作。主計算機得到信息的狀況,并指出機器人視覺傳感系統(tǒng)與溝通的主機和副機與一個 RS422鏈接。在緊急情況下,操作者可以直接控制機器人根據(jù)實際的情況。機器人在運動中達到通過交替吸并釋放吸盤安裝在水平和垂直系列無桿氣缸。開啟或關閉計算機發(fā)送信號發(fā)生器連接或斷開真空空氣源,從而吸引或釋放相應的吸盤。真空度量其相對真空吸盤和檢查安全的機器人。要是真空吸盤程度小于-40 kPa,報警信號發(fā)送給主計算機。爬壁清洗機器人（文獻翻譯） 443.運動規(guī)劃簡單來說,機器人橫向和縱向移動來打掃整玻璃表面的運動規(guī)劃。作為一個例子,出發(fā)點是位于右上一側(cè)的玻璃。機器人邁向左側(cè)橫向而清潔玻璃表面。當?shù)竭_邊界的玻璃部分,機器人向下移動一個間距 l,然后向右后退水平。注意間距 l長度是相等的磅的刷清洗的路徑,并且磅是由考慮畫筆的大小和尺寸的玻璃部分。重復上述過程,整個玻璃部分可清洗。結(jié)束點位于下邊的玻璃部分。清洗時可能會掉下來的污水,使下滑的玻璃表面臟。因此,應該進行清潔工作從上部下行。3.1定位調(diào)整機器人當爬壁機器人沿著期望軌跡移動,機器人定位受各種干擾,尤其是通過重力的機器人本身。確保一個成功的軌跡后,機器人必須能自動調(diào)整它的方向。機器人的定位測量視覺傳感器安裝在機器人,相對于窗框。兩激光二極管激光光送兩到窗框使圖像架可以得到。機器人的定位相對于窗框可以計算進行分析和比較兩種激光圖像坐標點。這測量的技術細節(jié)給出的在下一個部分。一種基于定向測量視覺傳感器、控制器促動旋轉(zhuǎn)圓筒調(diào)整的方向的機器人。首先,吸盤安裝在垂直圓筒被釋放。其次,旋轉(zhuǎn)氣缸驅(qū)動,以旋轉(zhuǎn)的垂直圓筒。然后,吸盤吸立式缸體,與此同時,吸盤在臥式圓筒被釋放。最后,再旋轉(zhuǎn)圓筒啟動旋轉(zhuǎn)臥式圓筒。3.2穿過窗框單獨的窗框玻璃幕墻的整體分成幾部分。清潔后一段,機器人必須能穿過縱向或橫向的窗框進入一段。這兩個主要步驟穿過機器人在窗框有:1)測量機器人之間的距離和窗框機器人之間的距離和窗框,通過引入 d。當這個距離接近于零,機器人準備穿過窗框。視覺傳感器是用來量測之間的距離機器人與窗框。摘要根據(jù)三角,一個激光二極管是需要測量距離。距離測量,分析和計算了激光點像素坐標,基于位置和姿態(tài)的 CCD攝像機相對于激光二極管,它將會顯示在接下來的部分。2)穿越窗框測試后機器人之間的距離和窗框,機器人的運動計劃過的框架。四個超聲波傳感器安裝幫助機器人檢測是否已超越了吸盤窗框,在 D(= 300毫米)的距離是超聲波傳感器和邊界的吸盤。當超聲傳感器交叉窗框、超聲波傳感器測量的相對位置高度表面的窗框。超聲波傳感器后穿過窗框,高度超聲波傳感器的測量是一個相對的玻璃表面。自從厚度測量這兩起案件中是不同的,機器人知道是否這個超聲波傳感器已越過窗框。當超聲波傳感器在于窗框,機器人也知道什么時候吸盤會隨著超聲波傳感器窗框上移動距離后。爬壁清洗機器人（文獻翻譯） 554.視覺傳感視覺傳感硬件系統(tǒng)包括一個導向與 CCD相機型號索尼 EVI-D30(J),兩激光二極管和捕獲的名片。兩激光二極管、固定攝影機“眼睛”的感應系統(tǒng),將兩激光燈光發(fā)現(xiàn)窗戶框架和產(chǎn)生兩激光標記。參考點之間的距離和窗框、導向和機器人相對于窗框,可以由圖像的像素坐標分析 u和 v兩激光點在圖像平面。4.1位置測量三角理論將用于測量。(左的觀點闡述了機器人的位置是通過測量視覺傳感系統(tǒng)。發(fā)射角度的激光二極管為母語是 l .點激光標記在窗框。二是相應的點上像面母語負遷移現(xiàn)象,這就是我表示這幅圖的中心。治療的重點相機為本、F 數(shù),F-xbybzb 基坐標系建立了框架代表,在關于坐標軸平行爾的玻璃面和垂直于窗框、鐿關于坐標軸平行兩窗框和玻璃表面,zb關于坐標軸垂直于玻璃表面(xb-yb 平面)。采用 F相同的起源,另一個名叫相機坐標系坐標框架結(jié)構(gòu),表現(xiàn)為 F-xyz,也是建立,在 x軸的線平行光 I-F那是最主要的軸相機,y 軸是一樣的中軸的基坐標系鐿框架、z 軸垂直于 x - y平面。表示[x0、y0,z0]T(x,y,z)T 第和[x,y,z]噸 2兩坐標點 2 L、L1 和 L2,分別。表示u和 v作為坐標在像素圖像飛機,半為像素坐標和邊值問題的焦點。4.2定位測量說明了一個測量機器人的使用視覺傳感系統(tǒng)定位,兩個激光二極管是必要的。A點和 B點的激光二極管正在發(fā)起點 1和 2,分別。分 A1和 B1相應的激光標記在窗框。γ1 和 γ2 角激光二極管平底鍋 1和 2相對的相機。爬壁清洗機器人（文獻翻譯） 665.實驗該機器人進行測試,在一個玻璃幕墻清洗的學術建設在城市大學及香港,機器人操作,包括:1)調(diào)整方向旋轉(zhuǎn)腰部,2)清潔玻璃墻壁如此的傲慢,和 3)穿越窗框玻璃部分從一個到另一個部分。成功的示范表明,該爬壁機器人的自動清洗玻璃幕墻和有效。機器人清潔玻璃幕墻,檢測的定位是很重要的機器人沿著期望軌跡,測量機器人之間的距離和窗框也是重要的來推斷機器人穿過窗框。一系列的試驗進行了有效性的評價視覺傳感系統(tǒng)在測量機器人的定位與機器人之間的距離和窗框。5.1測量機器人的位置首先,視覺傳感系統(tǒng)獲取圖像校準和分析你或 v坐標機器人是激光點在不同位置上的玻璃面標定。用最小二乘法擬合,機器人之間的距離和窗框可以由校準功能留下你坐標的激光點 uL(像素)和傾角攝像頭的 α(學位)。在 v的距離函數(shù)兩激光點坐標的也發(fā)展。經(jīng)過比較,我們發(fā)現(xiàn)距離測量與你是更精確的協(xié)調(diào)與 v協(xié)調(diào)試驗。11 無花果餅來。(a)和(b)的關系方程說明描述(13)和(14),分別為。在接下來的實驗,方程(13)是用來測量機器人的位置在玻璃表面。在那里取分表示該測量誤差與不同的路程,實線表示一個趨勢的測量誤差的距離增加。當鏡頭移 90度逆時針,機器人之間的距離,左邊的窗框可以被測量。當鏡頭移 90度順時針旋轉(zhuǎn),機器人之間的距離和正確的窗框可以被測量。解決問題的誤差累積測量距離,視覺傳感器需要重置經(jīng)過幾個測量。注意攝影機扭曲影響測量的 d。測量誤差小(即< 10毫米)的距離,不大(即< 1000毫米)。如大的距離,相機畸變校正要考慮。5.2測量方向視覺傳感系統(tǒng)校準來找到了進一步的關系取向和你機器人坐標的左翼和右翼的激光點的圖像。5.3的位置測量的骯臟的位置模式識別技術被使用來找出臟點清洗,然后得到圖像的激光標記。方程(14)是用來測量機器人之間的距離和骯臟的位置。摘要依據(jù)實測距離和潘角的攝像機、位置的臟點可以被人知道的。爬壁清洗機器人（文獻翻譯） 776.結(jié)論本章的 persents申請的爬壁機器人的玻璃清洗服務。機器人是由兩個系列無桿氣缸和構(gòu)建一個旋轉(zhuǎn)氣缸。這個機器人能調(diào)整其取向保持在期望軌跡的道路。工作完成后清洗玻璃幕墻的一個環(huán)節(jié),機器人可以跨越窗框進入一段。一種視覺傳感系統(tǒng),它由一個全方位 CCD攝像機和兩個激光二極管用于測量機器人的位置和方位的玻璃上墻。實驗結(jié)果表明,提出的協(xié)助下運動規(guī)劃與視覺傳感技術,能完成工作的爬壁機器人的玻璃幕墻清洗效果。未來的工作將向發(fā)展中更有效率的運動控制系統(tǒng)和減少尺寸/重量的爬壁機器人。爬壁清洗機器人（文獻翻譯） 887.承認本研究得到了國立的部分資金來自研究資助局香港特別行政區(qū)、中國[參考沒有。城市﹞,格蘭特于香港城市大學(項目沒有。7002127)。爬壁清洗機器人（文獻翻譯） 998.參考Balaguer, C.; Gimenez, A.; Pastor, J. 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