基于深度學習算法的智能視覺環衛小車設計

黃麗娟，劉小紅，唐啟濤，和振鵬，游喜濤，袁 練

（湖南信息學院，湖南 長沙 410151)

1 設計總體模塊分析

設計一款智能環衛小車，機器人按工作需要布設在城市樓宇的各個站點，于北斗導航下在規劃路線進行巡回式和用戶呼叫式（手機APP）工作，并通過SCADA系統實時在線監控管理，通過紅外光幕與機器視覺進行辨識目標和動作。其所需要的主要技術分析如下。

機器的控制系統（CS）：控制機器人的動力、吸盤機械爪動作、LED，本設計采用B&R X90嵌入式移動控制器，可滿足性能要求。

機器導航指引系統：本設計采用北斗衛星定位導航系統為整個機器提供實時位置信息和導航路線規劃，依托北斗定位精準、全球組網實現對機器的實時導航規劃與實時追蹤。

機器的視覺系統：其要實現的是辨別物體發現目標，并與工作圖像數據庫較比，確認發現信號給CS，CS驅動方向盤控制或動力機及吸盤驅動執行。此技術也在逐漸成熟，而本應用方案已經和行深智能進行了校內小車試驗運行。

工作執行系統：本機器要實現的是對區域衛生的護潔，本設計采取吸盤與機械爪輔以動刷，從重量、體積、面積三大維度全方位進行任務執行，采用氣壓驅動，氣壓機構便捷、清潔、簡單、高效非常適合作為該機器臂的驅動。

集中在線管理：此模塊是物聯網技術在本項目具體應用，具體實現是通過SCADA人機界面軟件、網關、DHCP服務實現，本功能已通過測試論證。

能源系統：采用DC 45V分別作為動力電機、氣壓泵、指示燈等設備供電，此方案已在電動車上得到廣泛應用[1]。

2 機器功能要求及整體介紹

機器要求能夠自我決策或接受指令進行空間運動、目標捕捉兩大主模功能；而采取的布放模式是定點布放，即以一駐留點作為機器人的停放充能維護基站，機器人以此基站為基礎，為限定工作區域提供服務，工作時間結束后，機器人返回駐點[2]。而空間運動指的是機器人能夠自動地從基站到服務區以及服務區之間的移動，而目標捕捉指的是機器人對目標進行識別并通過收攏裝置將目標垃圾回收。而要實現空間運動就要有定位導航、路徑規劃、障礙躲避、動力輸出等模塊，而要實現目標捕捉則需要目標識別、目標抓取、目標壓縮封箱等模塊。而機器人實現實時運動系統通過北斗定位導航、紅外掃描AI視覺等多種技術實現自動循跡、地址導航、通信傳輸、目標判斷、自動辨別、準確規避障礙和防危險跌落等功能。最終實現掃地機自動清掃地面垃圾，根據實際情況進行規避，并借助機器視覺進行智能檢測分析目標。

3 主要功能實現和分析

電機動作系統根據小車要達到的運動控制功能，可知系統的主要控制對象是動力驅動、吸盤、方向控制、氣壓泵、伸縮氣和抓手氣壓閥。傳感檢測將采取AI集成視覺，通過采取多核處理器和集成的FPGA圖像預處理實現多功能的智能對比校核識別。對前進路線障礙與目標識取采用紅外光幕+AI機器視覺實現，智能傳感通過紅外光幕獲取目標通過智能視覺對比對象并與機器庫中的歷史對象對比，判斷目標是否為清掃對象。吸盤與機器爪驅動收攏采取吸盤、機械爪二元制拾取垃圾，即輕小垃圾通過吸盤吸取，同時吸盤頂部裝取三爪機器手對較大較重的垃圾進行抓取收攏。正常狀態機器是被布置在設定區域，采取根據定義規劃區域巡回運轉，實時追蹤定位，實時檢測與反饋機體運行狀態信息。設計機器系統采取人機界面（HMI）/數據采集與監視平臺進行遠程集中在線管理，即通過SCADA系統集中監控管理區域的各個工作機器的工作狀態、運行狀況、機身各部的狀態，以實現對各工作機器的實時跟蹤管理、實時在線檢故運維、實時調節規劃和診斷。5G高速網絡正是構建智能運動設備生態圈的肥沃土壤，有了5G的加持，智能小車等設備在中央大腦的指揮調度下進行智能人機協作，完成工作任務，創造綠色智慧時代[3]。

4 結語

5G、AI、物聯網等各種技術的發展和進步必將促進新一輪產業升級，將機器人、5G、AI視覺等智能技術相結合，能為社會的發展和進步賦能。將數字產業與傳統產業相結合，正是工業自動化向數字化轉型的需要，工業4.0的兩個關鍵區別技術模式就是智能和物聯，即使工業更加的智能和高效，同時充分調動分布于各地統一的資源的交換和運用。而中國2025的核心正是智能制造，亦生產控制逐步走向智能化、數字化。5G等新興技術正為這些需要提供了堅實的技術基礎，通過5G的實時響應能夠實現遠程異地數據信息資源的共享和管理。