一种用于桶内叶片二次处理的自适应平台

本发明涉及混凝土搅拌运输装置领域，更具体地说，是一种用于桶内叶片二次处理的自适应平台及其实施方法。

背景技术：

1、随着国家基础设施建设进程的加快以及商品混凝土在我国大中城市的推广和普及，大量商品混凝土的制造及运输设备得到了迅速的发展。其中混凝土搅拌车具有操作便捷、高效率、维护简单、通过性强，能进入各种条件恶劣的施工现场等优点因此成为混凝土运输过程中的主要工程机械。

2、搅拌叶片是混凝土搅拌车的搅拌筒实现其工作性能的关键。但在实际工作过程中发现，搅拌叶片在工作一段时间后，其顶端存在剧烈磨损的现象，此种现象将导致搅拌叶片顶端变薄、寿命降低，进而导致混凝土搅拌桶出现拌料不均匀、维护成本增高、工作效率降低等问题。

3、中国专利文献cn106903794a公开了一种高耐磨混凝土搅拌叶片及其制备方法，在该发明中，通过改变叶片形状提高了叶片耐磨性。该发明固然对搅拌桶内叶片进行了耐磨性优化，但未考虑叶片在焊接后需要二次处理的情况。

4、中国专利文献cn113584287a公开了一种用于搅拌筒内叶片火焰加热热处理装置及其实施方法，在该发明中，基于搅拌桶模型的相关参数获取搅拌桶叶片轨迹，控制热处理模块对搅拌桶叶片进行热处理。该发明固然对搅拌桶内叶片进行了热处理，但仍需要依靠搅拌桶模型实施工作。

技术实现思路

1、本发明要解决的问题是现有桶内叶片处理的设备及方法综合性较低和或工作过程中依赖搅拌桶模型的问题，而提供一种能够脱离搅拌桶模型捕捉桶内叶片轨迹，并对桶内叶片进行多种处理的自适应平台。

2、本发明为实现其目的的技术方案是这样的：一种用于桶内叶片二次处理的自适应平台，通过采集实际叶片图像并提取特征数据进行函数拟合，最后根据控制函数对叶片顶端进行强化处理。其特征在于：包括齿条支承架1、驱动部分2、图像捕捉及前处理部分3、控制部分4；

3、进一步的，所述齿条支承架1用于固定横向驱动齿条231，数量设置为2，分别置于搅拌桶桶口两侧，齿条支承架顶端设有3个螺纹孔，与横向驱动齿条进行螺栓连接；

4、进一步的，所述驱动部分2包括横向工作平台21、纵向工作平台22、安装板221、横向驱动部分23、纵向驱动部分24、旋转驱动部分25；所述横向驱动部分23包括横向驱动齿条231、横向驱动齿轮232、第一传动轴233、第一电机234；所述纵向驱动部分24包括纵向驱动齿条241、纵向驱动齿轮242、第二传动轴243、第二电机244；所述旋转驱动部分25包括旋转台251、一对圆锥齿轮252、第三传动轴253、联轴器254、第三电机255；所述横向工作平台21包括横向驱动齿轮232、第一传动轴233、纵向驱动齿轮242、第二传动轴243；所述纵向工作平台22包括一对圆锥齿轮252、第三传动轴253、联轴器254；其中，横向驱动齿轮232与横向驱动齿条231发生运动，带动横向工作平台21进行横向运动；纵向驱动齿轮242与纵向驱动齿条241发生运动，带动纵向工作平台22进行纵向运动；直齿圆锥齿轮一端与第三电机255连接，另一端与旋转台251连接，一对直齿圆锥齿轮252发生运动，带动旋转台251进行周向运动；

5、进一步的，所述图像捕捉及前处理部分3包括相机31、图像前处理系统。相机31与旋转台251螺栓连接，使相机能够做一定角度的旋转运动；所述相机用于捕捉叶片初始图像，所述图像前处理系统用于对叶片的初始图像进行预处理及特征提取。

6、进一步的，所述控制部分4包括数据拟合系统、伺服控制系统，所述数据拟合系统用于对提取到的特征数据进行函数拟合，所述伺服控制系统用于执行数据拟合系统得到的函数。

7、进一步的，安装在所述安装板221的工作设备与相机需要进行坐标系转化，具体步骤如下，

8、s31，像素坐标系和相机坐标系转换：

9、将相机所在的坐标系定义为相机坐标系pc(xc,yc,zc)，将所述相机31捕捉到的图像中的像素所在坐标系定义为像素坐标系(u,v,1)；

10、s31-1，进行像素坐标和图像坐标的转换，像素坐标(u,v)和图像坐标(xp,yp)的转换公式如式(1)(2)所示，矩阵转换形式如(3)所示，其中，du、dv为单位像素在u轴和v轴方向上的物理长度，u0、v0为像素坐标系与图像坐标系之间在u轴和v轴方向上的像素差；

11、

12、

13、

14、s31-2，进行图像坐标(xp,yp)和相机坐标pc(xc,yc,zc)的转换，两者属于透视投影关系，通过投影产生的相似三角形关系，以及相机自身坐标变换，构建矩阵形式，如(4)所示，其中，f为相机内参，r为相机变换的旋转矩阵，rz表示相机绕自身z轴进行旋转调整的旋转矩阵，α为旋转调整的角度，rx表示相机绕经旋转调整后的自身x轴进行角度调整的旋转矩阵，β为角度调整的角度，t为相机变换的平移矩阵，δzc为相机在纵向移动的距离，如(5)(6)所示；

15、

16、

17、

18、s31-3，由(3)(4)可得像素坐标系与相机坐标系的关系，如式(7)所示，其中，fu、fv、u0、v0均为相机内参，k为相机内参矩阵，如(8)所示；

19、

20、

21、s32，由相机坐标系转化为安装板坐标系：

22、安装板坐标系pz(xz,yz,zz)的转化公式如式(9)所示，其中，δxz为安装板与相机的横向距离，δzz为安装板与相机的纵向距离；

23、

24、s33，由安装板坐标系转化为末端执行器坐标系：

25、将安装在所述安装板221的工作设备的末端执行器所在坐标系定义为末端执行器坐标系p(x,y,z)，其转化公式如式(10)所示，其中，δx、δy、δz为安装板与末端执行器分别在x、y、z方向的距离；

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27、

28、由(7)(9)(10)可得出末端执行器坐标系的最终表达形式如式(11)所示。

29、进一步的，所述相机31在捕捉叶片的初始图像前将进行调整，具体步骤如下，

30、s41，相机进行升降调整，根据叶片的理论厚度与图像的叶片宽度两者的比例判断相机与叶片的实际距离，标定叶片宽度作为捕捉标准，当相机捕捉到的图像的叶片宽度不满足图像捕捉标准，设备将传递信号至第二电机，使第二电机244通过第二传动轴243使纵向驱动齿轮242与纵向驱动齿条241发生运动，带动纵向工作平台22进行纵向运动，从而使相机进行升降调整，直至图像宽度符合捕捉标准，第二电机停止运动，完成升降调整，相机升降的高度记为δzc；

31、s42，相机绕自身z轴进行旋转调整，当图像不与捕捉设备屏幕垂直时，设备将传递信号至第三电机，使第三电机255通过联轴器254将力传递至第三传动轴253使一对锥齿轮252发生运动，驱动旋转台251进行旋转运动，使相机进行旋转调整，直至图像与相机屏幕垂直，第三电机停止运动，完成旋转调整，旋转的角度记为α；

32、s43，相机绕自身x轴进行角度调整，当叶片宽度的对称轴与屏幕中心轴相交时，定义为所捕捉图像置于设备屏幕的中央，当捕捉到的初始图像不满足此标准时，相机31将进行角度调整，直至捕捉图像位于设备屏幕中央，相机停止运动，完成角度调整，调整的角度记为β；

33、进一步的，s44，按照以上三个标准调整完毕后，相机31正式采集叶片初始图像；所述相机31在捕捉到叶片的初始图像后，具体步骤如下，

34、s44-1，图像前处理系统对初始图像进行灰度化处理。对像素点的rgb值通过平均值法转换成灰度值图像，取r、g、b三个值之和的平均值；

35、s44-2，图像前处理系统对初始图像进行去噪处理。采用中值滤波法对初始图像进行去噪处理，中值滤波是一种非线性滤波方法，该方法根据某一区域内的像素中值来进行去噪，操作过程简单、方便；

36、s44-3，图像前处理系统对初始图像进行图像分割，由于图像背景简单，对图像采用阈值分割的方法，常用的阈值分割就是图像的二值化，即通过选定的阈值，将目标图像转化成为黑白二值图；

37、二值化的表达式如下，其中，g(x,y)为变换后的图像，f(x,y)为原图像，t为选定的阈值：

38、

39、实际只需要对背景部分的像素点赋值为零，前景部分保持不变即可得到叶片的分割图像，此时表达式变为：

40、g(x,y)＝0；f(x,y)≥t

41、s44-4，图像前处理系统对预处理后的初始图像进行特征提取，提取的特征为图像的边缘特征，对应的实体是叶片的两条边缘，通过边缘检测算子检测出图像的边缘数据点，将边缘的各个点的坐标作为一组特征数据。

42、作为优选的,纵向工作平台22内部结构中的一对锥齿轮可根据不同的工作要求更换为直齿锥齿轮、斜齿锥齿轮或曲线锥齿轮。

43、作为优选的，横向驱动齿条22的齿形面朝下，另一平面有更大的支承力，且在工作平台运动的过程中更平稳。

44、本发明与现有技术相比，能够根据不同需求，分别实施多种桶内叶片处理方法，对已焊接的搅拌桶叶片进行自适应处理。