基于机器视觉识别的水面清洁船装置及水面清洁方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110185013A(43)申请公布日2019.08.30(21)申请号201910384730.9(22)申请日2019.05.09(71)申请人上海海事大学地址201306上海市浦东新区临港新城海港大道1550号(72)发明人杨令辉陈文涛(74)专利代理机构上海互顺专利代理事务所(普通合伙)31332代理人成秋丽(51)Int.Cl.E02B15/10(2006.01)B63B35/32(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图3页(54)发明名称基于机器视觉识别的水面清洁船装置及水面清洁方法(57)摘要本发明提出了基于机器视觉识别的清洁船装置及水面清洁方法。所述清洁船装置采用OpenMV机器视觉模块，在其芯片中运算并输出控制信号，通过单片机之间的串口通信控制主推动电机的驱动模块，单片机同时可以控制滚轮的电机驱动模块，安装太阳能电池板为蓄电池供电。利用机器视觉代替人眼来实现目标搜索和定位，首先识别水面漂浮物的轮廓并确定为目标物，通过内置的几何算法计算出与目标物间的距离，采用卡尔曼滤波跟踪算法定位图像中目标物的坐标点，用PID算法控制电机运转。采用人船分离的收集模式，能在没有人员参与的情况下自主工作，并实现垃圾收集和自动避障功能。可用于水库和景点等狭小的水面的离散目标的收集。CN110185013ACN110185013A权利要求书1/1页1.一种基于机器视觉识别的水面清洁船装置，其特征在于包括：摄像头、微控制器、电机驱动芯片、电路扩展板、直流电机、传动轴、蓄电池、电源管理模块、滚轮、收集舱、太阳能电池板、红外线传感器、GPS导航模块；openMV模块连接单片机，电机驱动板与openMV模块和主推动电机分别连接，一个电机驱动对应一个电机，图像采集模块中的RAM芯片输出不同的PWM信号控制电机差速运转；图像采集模块接扩展板，扩展板连接另外两个电机驱动，用来控制滚轮转动，太阳能电池板为蓄电池供电，工作时由蓄电池提供动力，GPS导航模块在返航过程中提供清洁船的位置信息，红外线传感器实现清洁船的自动避障功能。2.一种基于机器视觉识别的水面清洁方法，使用如权利要求1所述的基于机器视觉识别的水面清洁船装置，其特征在于包括以下步骤：步骤一：步骤11：视频采集模块采集图像信息，对图像进行预处理后，对物体的轮廓进行模式识别，确认为目标物后由内置算法锁定位置坐标；步骤12：由openMV和单片机构成的微机系统处理完图像信息后将其转换为数字信号，并向电机驱动芯片输出PWM信号；步骤13：电机驱动接受信号后输出TTL电平信号驱动电机实现装置差速；步骤14：红外线传感器发射红外线，在遇到障碍物后会反射回来，清洁船差速进行偏转，直到红外线传感器不在接收到反射回来的信号为止；步骤15：太阳能电池板在光照充足的情况下对蓄电池充电，工作时由蓄电池提供动力；步骤16：滚轮安装在船体的前侧，当滚轮电机在接受电机驱动发出的电信号时，两个电机同时工作，滚轮向前滚动，将目标物送进收集舱内；步骤二：步骤21：舵机驱动摄像头转动扫视水面采集视频信息，由内置算法计算出舵机转动的角度；步骤22：通过算法定位目标物的三维坐标；步骤23：如果目标物位于清洁船的正前方，清洁船自动向前行驶至目标位置，滚轮电机在延迟时间后开始工作；步骤24：如果目标物与清洁船呈一定的角度，以舵机转动的时间和舵机转动的角速度计算出摄像头转过的角度；步骤25：计算好角度后驱动电机差速实现转向，电机差速转动的同时，摄像头回到初始位置，当转动到与目标物之间呈直线时，摄像头静止；步骤26：清洁船向前行驶到目标物位置收集；步骤27：通过采集的图像信息判断是否为障碍物，若图像中目标物的轮廓超出预设的目标物的大小阈值，则判定为障碍物，清洁船静止等待障碍物移动；步骤28：通过连续多帧图像信息判断障碍物是否正在移动，若障碍物不能移动或移动速度较慢，由红外线传感器模块来实现绕行避障；步骤29：红外线传感器模块检测到障碍物，沿着障碍物边界实现避障；步骤210：避开障碍物之后，再次重复目标物位于清洁船的正前方的系统操作。2CN110185013A说明书1/4页基于机器视觉识别的水面清洁船装置及水面清洁方法技术领域：[0001]本发明涉及人工智能的自动化设备，具体地是一种基于机器视觉识别的水面清洁船装置及水面清洁方法。背景技术：[0002]相比山区河流和海上来讲，在景区湖面上以及内河经常会有各种漂浮的污染物，这其中有人为因素也有自然因素，这样不仅影响美观和观赏效果，而且有些人为产生的垃圾对于环境生态的污染严重，这就需要特定的人员来清理，但人工清理的效率很低成本也高，而且对人员来讲存在一定的危险性，所以采用自动化设备代替人工是更有效的方法。[0003