一种基于视觉导向的智能美缝机器人及方法

本发明涉及工业机器人，特别涉及一种基于视觉导向的智能美缝机器人及方法。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

2、贴瓷砖是装修行业几乎必备的一个步骤，考虑到热胀冷缩，瓷砖与瓷砖之间需要留出一些缝隙。美缝技术是指在铺贴瓷砖后，使用美缝剂填充瓷砖之间的空隙，一方面可以让空间视觉效果更美观，另一方面可以减少缝隙死角，避免细菌滋生让家居环境更健康瓷砖。美缝技术通常包括准备工作、填缝、清理这几个步骤。其中准备工作在瓷砖铺贴完成后，确保瓷砖表面干净整洁，瓷砖缝隙无灰尘和杂物，以保证美缝剂可以充分填充缝隙，避免脱落。填缝将美缝剂挤压到瓷砖缝隙中，使用专用的美缝剂刮刀或刮刀将美缝剂填满缝隙，确保填缝充实无空洞。清理用湿抹布或海绵沾水，擦拭瓷砖表面多余的美缝剂，使美缝剂与瓷砖表面平整。

3、发明人发现，目前大部分美缝操作都是由人工进行，人工美缝是一种手工填缝的方式，虽然可以达到一定的美观效果，但也存在一些缺点，包括：

4、(1)人工美缝难以保持一致性，人工填缝容易受到技术操作者的经验和技巧水平影响，难以保持每个缝隙的填充效果和美观度一致；(2)人工美缝的填缝速度慢，人工填缝需要耗费较长的时间来完成，特别是对于大面积瓷砖铺贴项目，填缝工作可能成为工程进度的瓶颈，费时费力；(3)人工美缝不易保持持久性，人工填缝无法保证填缝的均匀充实和耐久性，填缝质量可能受到填缝剂的选择、填充方法等因素的影响，容易出现开裂、脱落等问题；(4)人工美缝容易造成材料的浪费，因人工涂抹用力不均匀且容易使大量材料溢出在瓷砖表面，不但造成了材料的浪费而且会对之后的清理工作造成麻烦，工序多、耗时长、费用高、浪费大。

5、因此，人工美缝虽然在一定程度上可以美化瓷砖铺贴效果，但也存在一些不足之处，在实际施工中，可以考虑使用机械美缝设备或其他自动化填缝技术来提高填缝效率和质量。

6、现有的美缝机器人，通常包括运动底盘机构、挤压机构、寻迹控制机构等部分组成，通过寻迹控制机构和运动底盘机构控制机器人到达指定地点，然后通过挤压机构挤压美缝剂完成美缝操作，但现有机器人对复杂瓷砖缝隙情况的鲁棒性较低，同时针对不同宽度的缝隙不能根据实际的缝隙大小调节出料的多少，容易造成缝隙填充不满或浪费材料的问题，不能很好地满足使用需求；现有的智能瓷砖美缝机器人的工作性能受到环境条件的影响较大，例如，摄像头信息采集模块对光线和环境的要求较高，需要在光线充足、环境干净的情况下才能正常工作，然而，在施工现场常常存在灰尘、光线不足等因素，这就限制了机器人的灵活性和适用范围；另外，现有的没封机器人底盘驱动系统采用的麦克纳姆轮虽然具有全方位移动的特点，但在不平整或者杂乱的工作环境中可能会受到限制，影响机器人的运动稳定性和精度。

技术实现思路

1、为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种基于视觉导向的智能美缝机器人及方法，通过图像采集模块捕捉瓷砖缝隙并生成前进轨迹，测量地缝宽度并计算出对应的出料速度，同时控制驱动底盘的运动使美缝枪对准瓷砖缝，根据图像采集模块采集到的图像实时引导机器人进行循迹美缝工作，在保证美缝精度的前提下提高了美缝效率。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种基于视觉导向的智能美缝机器人。

4、一种基于视觉导向的智能美缝机器人，包括：

5、美缝枪调整架、驱动底盘和控制终端，美缝枪调整架用于放置美缝枪，美缝枪调整架上布置有第一驱动电机，第一驱动电机的输出通过齿轮与丝杠连接，丝杠与后座螺纹连接，后座上连接有用于推动美缝枪的推杆；

6、美缝枪调整架固定在驱动底盘上，驱动底板的底部布置有通过第二驱动电机驱动的行走轮，美缝枪调整架上布置有图像采集模块；

7、所述控制终端分别与图像采集模块、第一驱动电机和第二驱动电机通信连接，用于根据采集到的图像进行第一驱动电机和第二驱动电机的速度控制。

8、作为本发明第一方面进一步的限定，美缝枪的出料口后部连接有抹平结构。

9、作为本发明第一方面进一步的限定，所述驱动轮为履带轮，第二驱动电机用于带动履带旋转进而产生运动推力。

10、作为本发明第一方面进一步的限定，美缝枪调整架包括夹持机构，夹持机构用于夹持美缝枪，后座上还连接有多根导向杆，导向杆与丝杠平行布置，且各个导向杆穿入夹持机构以用于推杆导向。

11、第二方面，本发明提供了一种基于视觉导向的智能美缝方法。

12、一种基于视觉导向的智能美缝方法，利用本发明第一方面所述的基于视觉导向的智能美缝机器人，包括以下过程：

13、获取待美缝的缝隙图像并进行预处理；

14、根据预处理后的缝隙图像得到缝隙的宽度；

15、根据缝隙的宽度，控制第一驱动电机的旋转以控制美缝剂的挤出速度，同时控制第二驱动电机的旋转以控制驱动底盘的行进速度。

16、作为本发明第二方面进一步的限定，所述预处理，包括：对获取到的图像进行对比度增强，对比度增强后的图像经腐蚀操作后去除瓷砖上的干扰，然后使用otsu's方法分离出缝隙图像。

17、作为本发明第二方面进一步的限定，通过机器人中心线与导航线之间的偏差和导航线的偏转角度，进行转向判断、角度计算与距离计算，根据转向判断结果、角度计算结果与距离计算结果，得到机器人路径修正数据。

18、作为本发明第二方面进一步的限定，根据预处理后的图像，调用霍夫变换函数来获取图像中的直线，根据设定的角度范围进行筛选，根据得到直线角度和直线距屏幕中心的平均距离生成导航线。

19、作为本发明第二方面进一步的限定，通过双边滤波、灰度拉伸、大津法二值化和闭操作对缝隙图像进行处理；

20、基于八邻域算法进行处理后的缝隙图像的边界提取，根据边界提取结构，根据向量最大夹角进行拐点检测，得到各个拐点的坐标和角度；

21、针对任一个拐点，通过此拐点将两条相交的地砖缝隙的轮廓分割为八段边界，根据最小二乘法对四条直线进行拟合，得到四条直线的表达式，根据所述表达式计算平行直线间的距离；

22、根据得到的距离进行坐标转换得到实际距离，以所述实际距离作为缝隙的宽度。

23、作为本发明第二方面进一步的限定，当拟合出的两条平行直线的斜率大于设定阈值时，根据两条平行直线的表达式的反函数求解两条平行直线之间的距离。

24、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

25、1、本发明通过图像采集模块捕捉瓷砖缝隙并生成前进轨迹，测量地缝宽度并计算出对应的出料速度，同时控制驱动底盘的运动使美缝枪对准瓷砖缝，根据图像采集模块采集到的图像实时引导机器人进行循迹美缝工作，在保证美缝精度的前提下提高了美缝效率，避免了物料浪费或者美缝用料不足的情况。

26、2、本发明创新性的提出了一种基于视觉导向的智能美缝机器人及方法，对采集到的图像进行了预处理，有效的避免了灰尘、光线不足等因素的影响，提高了机器人的适用范围和灵活性。

27、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。