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一种路面图案喷 涂装置

阅读：817发布：2024-02-12

专利汇可以提供一种路面图案喷涂装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供了一种路面图案喷涂装置，包括动力系统和控制系统，动力系统连接三维移动机构，三维移动机构连接喷涂模组，控制系统分别连接动力系统、三维移动机构和图像处理系统，控制系统控制三维移动机构在三维空间移动并带动喷涂模组实现喷涂作业；图像处理系统包括摄像机构，摄像机构连接计算机设备，计算机设备上的程序执行时实现原始图像解析、目标点获取。本发明通过三维移动机构和图像处理系统等技术特征的相互配合，不仅能够多角度、多方位的灵活调整喷涂方向，可操作性佳，自动化程度高，而且能够实现对多种颜色图案、多种线条等路面复杂图案的喷涂，还能够对路面图案实施精准喷涂，所喷涂的路面图案与原始图案几乎无出入。，下面是一种路面图案喷涂装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种路面图案喷涂装置，其特征在于：包括动力系统和控制系统，动力系统连接三维移动机构，三维移动机构连接喷涂模组(6)，控制系统分别连接动力系统、三维移动机构和图像处理系统，控制系统控制三维移动机构在三维空间移动并带动喷涂模组(6)实现喷涂作业；
所述图像处理系统包括摄像机构(7)，摄像机构(7)连接计算机设备，计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：
原始图像解析
S001：读取导入的原始图像，
S002：按照原始图像尺寸与实际喷涂尺寸以及喷嘴尺寸，利用插值算法式[Ⅰ]，重新确定喷涂图像的大小；
f(x,y)≈f(0,0)(1-x)(1-y)+f(1,0)x(1-y)+f(0,1)(1-x)y+f(1,1)xy [Ⅰ]S003：对喷涂图像进行预处理，生成特征图像；
S004：按照喷涂颜色种类需求和式[Ⅱ]对特征图像进行聚类；
式中，k表示聚类个数，Ci表示第几个中心，dist表示的是欧几里得距离；
S005：获取特征图像的类别、坐标，并将该数据传给控制系统；
目标点获取
S006：实时读取摄像机构(7)获取的前一列帧路面图像；
S007：提取路面图像的边缘特征；
S008：按照边缘特征获取目标边缘L1和L2；
S009：获取目标边缘L1与L2的交点P；
S010：摄像机构(7)标定，获取摄像机构(7)的内参和外参；
S011：利用摄像机构(7)参数和交点P的图像坐标，获取交点P的实际坐标位置；
S012：根据喷嘴尺寸和交点p的实际坐标位置预测喷涂点Ps；
S013：将喷涂点Ps位置和类别信息传给控制系统执行喷涂。
2.根据权利要求1所述的路面图案喷涂装置，其特征在于：所述三维移动机构包括第一滑轨组件(3)、第二滑轨组件(4)和第三滑轨组件(1)，第一滑轨组件(3)水平设置，第二滑轨组件(4)在水平面垂直贯穿设置在第一滑轨组件(3)上，第三滑轨组件(1)竖直安装在第二滑轨组件(4)前端，由第一滑轨组件(3)、第二滑轨组件(4)与第三滑轨组件(1)共同构成三维坐标系，且第二滑轨组件(4)可分别沿着第一滑轨组件(3)水平滑动和垂直于第一滑轨组件(3)伸缩滑动，第三滑轨组件(1)可沿着第二滑轨组件(4)竖直滑动。
3.根据权利要求2所述的路面图案喷涂装置，其特征在于：所述喷涂模组(6)贴装于所述第三滑轨组件(1)上，所述摄像机构(7)安装于所述喷涂模组(6)上。
4.根据权利要求3所述的路面图案喷涂装置，其特征在于：在所述喷涂装置上设置有涂料回收装置，涂料回收装置包括水平设置在所述三维移动机构下方的支撑板(2)和涂料回收桶(5)，支撑板(2)一端连接所述第一滑轨组件(3)底部，支撑板(2)另一端向外延伸至所述第一滑轨组件(3)与所述第三滑轨组件(1)之间，涂料回收桶(5)位于所述第一滑轨组件(3)与所述第三滑轨组件(1)之间。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的路面图案喷涂装置，其特征在于：所述动力系统采用液压动力系统，所述摄像机构(7)采用高清数码摄像机。
6.根据权利要求5所述的路面图案喷涂装置，其特征在于：所述喷涂模组(6)包括框架(8)和设置于框架(8)底部的相互独立的多个喷头(9)，框架(8)的其中一侧壁贴装于所述第三滑轨组件(1)上，框架(8)的其余侧壁用于安装所述摄像机构(7)。
7.根据权利要求6所述的路面图案喷涂装置，其特征在于：所述喷涂模组(6)在竖直面可转动的贴装于所述第三滑轨组件(1)上。
8.根据权利要求7所述的路面图案喷涂装置，其特征在于：所述喷头(9)按照四行五列或五行四列的矩阵均布排列。
9.根据权利要求8所述的路面图案喷涂装置，其特征在于：所述摄像机构(7)设置于所述第三滑轨组件(1)正前方的所述框架(8)侧壁上。
10.根据权利要求9所述的路面图案喷涂装置，其特征在于：所述摄像机构(7)在竖直面可转动的设置于所述第三滑轨组件(1)正前方的所述框架(8)侧壁上。

说明书全文

一种路面图案喷涂装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种路面标记设备，具体涉及一种路面图案喷涂装置。

背景技术

[0002] 路面图案，通常是指喷涂于马路表面的图案，路面图案主要用于道路行车指引、地点特征标识及宣传等。传统路面图案大都是靠人工绘制或喷涂，其缺点是既耗费时间，又耗费人力。随着技术的进步，相关技术人员已陆续研发出一些路面喷涂装置，用于取代人工操作，如CN204982625U公开的路面标线彩色打印机，包括第一轨道、第二轨道、第一移动座、第二移动座和喷枪座；第一轨道、第二轨道位于同一水平面内，并第一轨道、第二轨道平行设置，第一移动座垂直第一轨道、第二轨道设置，第一移动座设置在第一轨道、第二轨道上并可沿第一轨道、第二轨道的长度方向移动，第二移动座垂直第一移动座设置，第二移动座设置在第一移动座上并可沿第一移动座的长度方向移动，喷枪座设置在第二移动座上，喷枪座上设有多个喷头，喷枪座的喷头突出第一移动座并向第一轨道、第二轨道之间的区域喷打路面标线。该路面标线彩色打印机虽然可以分别喷出多种颜色的标线，但其可操作性差，所喷涂图案不够精准。

发明内容

[0003] 本发明目的在于提供一种可操作性好、且能够精准喷涂的路面图案喷涂装置。

[0004] 为了实现上述目的，本发明采用如下所述技术方案。

[0005] 一种路面图案喷涂装置，包括动力系统和控制系统，动力系统连接三维移动机构，三维移动机构连接喷涂模组，控制系统分别连接动力系统、三维移动机构和图像处理系统，控制系统控制三维移动机构在三维空间移动并带动喷涂模组实现喷涂作业；所述图像处理系统包括摄像机构，摄像机构连接计算机设备，计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：
原始图像解析
S001：读取导入的原始图像；
S002：按照原始图像尺寸与实际喷涂尺寸以及喷嘴尺寸，利用插值算法式[Ⅰ]，重新确定喷涂图像的大小；
f(x,y)≈f(0,0)(1-x)(1-y)+f(1,0)x(1-y)+f(0,1)(1-x)y+f(1,1)xy [Ⅰ]S003：对喷涂图像进行预处理，生成特征图像；
S004：按照喷涂颜色种类需求和式[Ⅱ]对特征图像imgt进行聚类；
式中，k表示聚类个数，Ci表示第几个中心，dist表示的是欧几里得距离；
S005：获取特征图像的类别(本步骤所述类别是指特征图像每一点对应的颜色)、坐标，并将该数据传给控制系统；
目标点获取
S006：实时读取摄像机构获取的前一列帧路面图像，若图像读取成功，则执行下一步；
若读取不成功，则重新获取摄像机构获取的前一列帧路面图像，直至读取成功再执行下一步；
S007：提取路面图像的边缘特征；
S008：按照边缘特征获取目标边缘L1和L2；
S009：获取目标边缘L1与L2的交点P；
S010：摄像机构标定，获取摄像机构的内参和外参；
S011：利用摄像机构参数(内参和外参)和交点P的图像坐标，获取交点P的实际坐标位置；
S012：根据喷嘴尺寸和交点p的实际坐标位置预测喷涂点Ps；
S013：将喷涂点Ps位置和类别(本不是所述类别是指喷涂点颜色)信息传给控制系统执行喷涂；
显示
S014：实时读取已喷图案并通过显示端实时显示。

[0006] 进一步地，三维移动机构包括第一滑轨组件、第二滑轨组件和第三滑轨组件，第一滑轨组件水平设置，第二滑轨组件在水平面垂直贯穿设置在第一滑轨组件上，第三滑轨组件竖直安装在第二滑轨组件前端，第一滑轨组件、第二滑轨组件与第三滑轨组件共同构成三维坐标系，且第二滑轨组件可分别沿着第一滑轨组件平行滑动和垂直于第一滑轨组件伸缩滑动，即第二滑轨组件可分别沿着X轴和Y轴滑动，第三滑轨组件可沿着第二滑轨组件竖直滑动，即第三滑轨组件可沿着Z轴滑动。

[0007] 进一步地，喷涂模组贴装于第三滑轨组件上，摄像机构安装于喷涂模组上。

[0008] 进一步地，在喷涂装置上设置有涂料回收装置，涂料回收装置包括水平设置在三维移动机构下方的支撑板和涂料回收桶，支撑板一端连接第一滑轨组件底部，支撑板另一端向外延伸至第一滑轨组件与第三滑轨组件之间，涂料回收桶位于第一滑轨组件与第三滑轨组件之间。采用这样的结构能够回收未使用完的涂料，减少环境污染。

[0009] 作为优选，动力系统采用液压驱动系统，摄像机构采用高清数码摄像机。

[0010] 进一步地，喷涂模组包括框架和设置于框架底部的相互独立的多个喷头，框架的其中一侧壁贴装于第三滑轨组件上，框架的其余侧壁用于安装摄像机构。采用多个喷头不仅能够实现多点喷涂，而且能够喷涂不同颜色的线条。

[0011] 为能够实现斜向喷涂，喷涂模组在竖直面可转动的贴装于第三滑轨组件上。

[0012] 作为优选，喷头按照四行五列或五行四列的矩阵均布排列。

[0013] 进一步地，摄像机构设置于第三滑轨组件正前方的框架侧壁上。

[0014] 为能够实现斜向喷涂，方便调节喷涂角度，摄像机构在竖直面可转动的设置于第三滑轨组件正前方的框架侧壁上。采用这样的结构配合喷涂模组在竖直面可转动的贴装于第三滑轨组件上，能够实现喷涂方向的双重调节。

[0015] 本发明路面图案喷涂装置通过三维移动机构和图像处理系统等技术特征的相互配合，不仅能够多角度、多方位的灵活调整喷涂方向，可操作性佳，自动化程度高，而且能够在X轴、Y轴、Z轴方向作三维移动和喷涂坐标调整，实现对多种颜色图案、多种线条等路面复杂图案的喷涂，还能够对路面图案实施精准喷涂，所喷路面图案直线边缘的直线度可控制到3/1000mm以内，喷涂吻合度高，所喷涂的路面图案与原始图案几乎无出入；此外，本发明路面图案喷涂装置能够够实时监测所喷图案，能够回收未喷完的涂料，有益于环境保护。附图说明

[0016] 图1是本发明实施例中路面图案喷涂装置的示意图；图中：1-第三滑轨组件、2-支撑板、3-第一滑轨组件、4-第二滑轨组件、5-涂料回收桶、6-喷涂模组、7-摄像机构；图2是图1中喷涂模组的示意图，图中，8-框架、9-喷头；
图3是本发明实施例中路面图案喷涂装置的流程示意图；
图4是本发明实施例中路面图案喷涂装置的图像处理流程示意图。

具体实施方式

[0017] 下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，在此指出以下实施例不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域普通技术人员根据本发明的内容作出一些非本质的改进和调整，均在本发明保护范围内。

[0018] 实施例

[0019] 一种路面图案喷涂装置，如图1和图2所示，包括动力系统和控制系统，动力系统连接三维移动机构，三维移动机构连接喷涂模组6，控制系统分别连接动力系统、三维移动机构和图像处理系统，控制系统控制三维移动机构在三维空间移动并带动喷涂模组6实现喷涂作业；所述图像处理系统包括摄像机构7，摄像机构7连接计算机设备，计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤，如图3所示：
原始图像解析，其流程如图3所示，具体为：
S001：读取导入的原始图像img，即预喷图像，本步骤中，预喷图像可以绘制，也可以在网络上下载；
S002：按照原始图像尺寸(img.width*img.height)与实际喷涂尺寸(a*b，a*b表示实际路面图案的长和宽)以及喷嘴尺寸(c1*c2)，利用插值算法式[Ⅰ]，重新确定喷涂图像imgs的大小(width*height)；
f(x,y)≈f(0,0)(1-x)(1-y)+f(1,0)x(1-y)+f(0,1)(1-x)y+f(1,1)xy [Ⅰ]S003：对喷涂图像imgs进行预处理，生成特征图像imgt；
S004：按照喷涂颜色种类需求和式[Ⅱ]对特征图像imgt进行聚类；
式中，k表示聚类个数，Ci表示第几个中心，dist表示的是欧几里得距离；
S005：获取特征图像imgt的类别、坐标，并将该数据传给控制系统；
目标点获取，其流程如图4所示，具体为：
S006：实时读取摄像机构7获取的前一列帧路面图像imgp，若图像读取成功(图像可用)，则执行下一步；若读取不成功，则重新获取摄像机构7获取的前一列帧路面图像imgp，直至读取成功再执行下一步；
S007：提取路面图像imgp的边缘特征imge；
S008：按照边缘特征获取获取目标边缘L1和L2；
S009：根据L1和L2获取目标边缘的交点P；
S010：摄像机构7标定，获取摄像机构7的内参和外参；
S011：利用摄像机构7参数和交点P的图像坐标，获取交点P实际坐标位置；
S012：根据喷嘴尺寸和交点p实际坐标位置预测喷涂点Ps；
S013：将喷涂点Ps位置和类别(颜色)信息传给控制系统执行喷涂作业；
图像显示
S014：实时读取已喷图案并通过显示端实时显示。

[0020] 上述技术方案中，图像视觉主要应用在两个场景：场景一，图像解析，直接关系到喷涂图案是否能够和原始图像相吻合；场景二：在喷涂装置会实时移动，预喷涂点的确定会影响喷涂效果的连续性。

[0021] 针对于图像解析，在实现该算法的过程中，按照需求，需要将整幅图像用四种颜色填充，如果仅仅按照其颜色区间进行划分，会出现边缘不清晰甚至边缘叠加的情况，因此，按照需求将所有像素点分为四类，使用聚类算法，但是不同的聚类算法效率和鲁棒性都不同，经测试和试验后，综合考虑选定kmeans聚类算法，即式[Ⅱ]。

[0022] 在对图像聚类之前，需要对图像进行预处理，本方案中，需要对图像空间进行优化，因为直接对彩色空间是三通道空间，不利于图像的分析，如果直接取图像的灰度空间，会丢失很多信息，根据实验结果表明，HSV空间中的H空间聚类效果最为理想，图像空间RGB到HSV空间的变化如下：v＝max
(r,g,b)分别是一个颜色的红、绿和蓝坐标，它们的值是在0到1之间的实数。设max等价于r，g和b中的最大者。设min等于这些值中的最小者。这里的h∈[0,360)是角度的色相角。

[0023] 另外，原始图像的大小是确定的，但是需要喷到地上，此时图像的大小发生了变化，若是直接缩放，会造成细节信息的丢失，为减少细节信息的丢失，采用插值算法如下：假如我们想得到未知函数f在点p＝(x,y)的值，假设我们已知函数f在Q11＝(x1,y1),Q12＝(x1,y2),Q12＝(x2,y1)及Q22＝(x2,y2)四个点的值。首先在x方向进行线性插值，得到
然后在y方向进行线性插值，得到
这样就得到所要的结果f(x,y)
如果选择一个坐标系统使得f的四个已知点坐标分别为(0,0)、(0,1)、(1,0)和(1,1)，那么插值公式就可以化简为
f(x,y)≈f(0,0)(1-x)(1-y)+f(1,0)x(1-y)+f(0,1)(1-x)y+f(1,1)xy
或者用矩阵运算表示为

[0023] 最终确定，采用插值算法式[Ⅰ]确定最终喷涂图像imgs的大小，按照需求和式[Ⅱ]对特征图像imgt进行聚类。

[0025] 本实施例中，如图1所示，三维移动机构包括第一滑轨组件3、第二滑轨组件4和第二滑轨组件1，第一滑轨组件3水平设置，第二滑轨组件4在水平面垂直贯穿设置在第一滑轨组件3上，第二滑轨组件1竖直安装在第二滑轨组件4前端，第一滑轨组件3、第二滑轨组件4与第二滑轨组件1共同构成三维坐标系，且第二滑轨组件4可分别沿着第一滑轨组件3平行滑动和垂直于第一滑轨组件3伸缩滑动，即第二滑轨组件4可分别沿着X轴和Y轴滑动，第二滑轨组件1可沿着第二滑轨组件4竖直滑动，即第二滑轨组件1可沿着Z轴滑动。

[0026] 进一步地，喷涂模组6贴装于第二滑轨组件1上，摄像机构7安装于喷涂模组6上。

[0027] 进一步地，在喷涂装置上设置有涂料回收装置，涂料回收装置包括水平设置在三维移动机构下方的支撑板2和涂料回收桶5，支撑板2一端连接第一滑轨组件3底部，支撑板2另一端向外延伸至第一滑轨组件3与第二滑轨组件1之间，涂料回收桶5位于第一滑轨组件3与第二滑轨组件1之间。采用这样的结构能够回收未使用完的涂料，当喷涂作业完成后，通过控制三维移动机将喷头9移动到相应的回收桶5正上方，例如，第一个桶用于回收黄色涂料，第二个桶用于回收白色涂料，将未使用完毕的涂料回收至对应的桶内，减少环境污染。

[0028] 作为优选，动力系统采用液压驱动系统，摄像机构7采用高清数码摄像机。

[0029] 进一步地，喷涂模组6包括框架8和设置于框架8底部的相互独立的多个喷头9，框架8的其中一侧壁贴装于第二滑轨组件1上，框架8的其余侧壁用于安装摄像机构7。采用多个喷头9不仅能够实现多点喷涂，而且能够喷涂不同颜色的线条。

[0030] 为能够实现斜向喷涂，喷涂模组6在竖直面可转动的贴装于第二滑轨组件1上，具体可以是在与第二滑轨组件1连接的喷涂模组6安装面和第二滑轨组件1上沿着圆周方向设置有多个相配合的第一安装孔和紧固件，相邻第一安装孔之间所对应的圆心角为5°，当然，相邻第一安装孔之间所对应的圆心角也可以设置成其它角度，包括但不限于10°、15°。调整喷涂模组6的角度时，每转动一个第一安装孔，可以实现喷涂模组6偏转5°。

[0031] 作为优选，如图2所示，喷头9按照五行四列的矩阵均布排列20个喷头，也可以按照四行五列的矩阵均布排列20个喷头，对于喷头9的孔径由本领域技术人员根据图案线条和图案面积选用。

[0032] 进一步地，摄像机构7设置于第二滑轨组件1正前方的框架8侧壁上。

[0033] 为能够实现斜向喷涂，方便调节喷涂角度，摄像机构7在竖直面可转动的设置于第二滑轨组件1正前方的框架8侧壁上，具体可以是在与框架8侧壁连接的摄像机构7安装面和框架8侧壁上分别沿着圆周方向设置有多个相互配合的第二安装孔和紧固件，相邻第二安装孔之间所对应的圆心角为5°，调整摄像机构7的角度时，每转动一个第二安装孔，可以实现摄像机构7偏转5°。采用这样的结构配合喷涂模组6在竖直面可转动的贴装于第二滑轨组件1上，能够实现喷涂方向的双重调节，一是通过调节喷涂模组6在竖直面上的角度，二是通过调节摄像机构7在竖直面上的角度。

[0034] 为便于实现长距离路面图案喷涂，本发明路面图案喷涂装置可以安装于载重车上，也可以在路面图案喷涂装置底部设置轮式行走机构。

[0035] 本发明路面图案喷涂装置使用方法：启动控制系统、动力系统和三维移动机构，调节三维移动机构各滑轨组件的坐标位置，使喷涂模组的喷头对准路面图案起始喷点，打开喷涂模组和摄像机构开关，打开图像处理系统，预先导入原始图案，启动喷涂键，开始喷涂作业。喷涂过程中，控制系统根据原始图案解析图像、获取目标点并驱动三维移动机构的滑轨组件执行相应位置移动，当喷涂作业完毕后，控制系统驱动三维移动机构和喷涂模组移动，使喷头移动到涂料回收桶正上方，将未喷涂的涂料分类回收至涂料回收桶内。

[0036] 本发明路面图案喷涂装置通过三维移动机构和图像处理系统等技术特征的相互配合，不仅能够多角度、多方位的灵活调整喷涂方向，可操作性佳，自动化程度高，而且能够在X轴、Y轴、Z轴方向作三维移动和喷涂坐标调整，实现对多种颜色图案、多种线条等路面复杂图案的喷涂，还能够对路面图案实施精准喷涂，所喷路面图案直线边缘的直线度可控制到3/1000mm以内，喷涂吻合度高，所喷涂的路面图案与原始图案几乎无出入；此外，本发明路面图案喷涂装置能够够实时监测所喷图案，能够回收未喷完的涂料，有益于环境保护。

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