本發(fā)明涉及一種攝像頭防霧保護(hù)裝置，尤其是涉及一種低溫環(huán)境下的攝像頭防霧保護(hù)裝置及其熱管理方法。

背景技術(shù)：

1、冷庫作為一種可以保持恒定低溫的建筑，被廣泛應(yīng)用于食品、化工、醫(yī)藥、疫苗、血漿、科學(xué)實驗等方面。為實現(xiàn)低溫冷庫倉儲b2c貨物配送“分揀”、“裝卸”、“配送”的自動化，需要用智能物流機(jī)器人-無人叉車替代人工。攝像頭作為智能物流機(jī)器人的重要組成部分，在低溫冷庫的特殊工況下存在以下兩個問題：第一，低溫環(huán)境會嚴(yán)重影響攝像頭中電子元器件的使用可靠性以及壽命，導(dǎo)致難以在冷庫中長時間工作，需對攝像頭進(jìn)行保溫；同時物流叉車系統(tǒng)需要出入冷庫進(jìn)行貨物搬運(yùn)，室溫與冷庫溫度存在極大溫差，溫度的驟降和驟升會影響相機(jī)的正常工作，因此需要對攝像頭進(jìn)行保溫；第二，在無人叉車在自動化搬運(yùn)中，攝像頭的狀態(tài)存在入庫、停留、出庫三種情況，無人叉車進(jìn)出倉庫時會有較大溫差，易導(dǎo)致攝像頭起霧從而影響識別效果，若霧氣遮擋攝像頭對應(yīng)的外殼，會影響攝像頭工作。目前，已有的低溫攝像頭保護(hù)策略主要采用加熱玻璃、物理擦除等單一方法，自動化搬運(yùn)為無人化操作，人工擦拭較為不便，傳統(tǒng)的機(jī)械擦拭結(jié)構(gòu)在低溫以及超低溫環(huán)境下極易出現(xiàn)故障。因此，除霧效果較為有限且難以滿足低溫冷庫物流機(jī)器人的動態(tài)需求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種具有良好的密封性、保溫性和防霧能力的低溫環(huán)境下的攝像頭防霧保護(hù)裝置及其熱管理方法，該方法能實現(xiàn)溫度的穩(wěn)定和精確控制。

2、本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種低溫環(huán)境下的攝像頭防霧保護(hù)裝置，包括用于安裝和固定攝像頭的隔熱玻璃殼體，所述的玻璃殼體的頂部通過螺栓密封連接有頂蓋，所述的玻璃殼體內(nèi)設(shè)置有用于實時采集所述的玻璃殼體內(nèi)攝像頭溫度的第一溫度傳感器、用于實時采集所述的玻璃殼體內(nèi)壓強(qiáng)值的氣壓傳感器、用于加熱所述的攝像頭的熱輻射加熱板和用于吸附所述的玻璃殼體內(nèi)水蒸氣的吸水材料，所述的玻璃殼體上設(shè)置有帶有密封塞的抽氣孔，所述的玻璃殼體中嵌設(shè)有用于加熱所述的玻璃殼體的電阻加熱板，所述的玻璃殼體上設(shè)置有用于實時采集所述的玻璃殼體溫度的第二溫度傳感器。

3、優(yōu)選的，所述的玻璃殼體的內(nèi)壁涂有鏡面涂層。通過反射熱量，減少熱輻射損失。

4、優(yōu)選的，所述的熱輻射加熱板設(shè)置在所述的攝像頭的背面，所述的電阻加熱板嵌設(shè)在所述的玻璃殼體前壁且面向所述的攝像頭。兩種加熱方式前后相對，有助于裝置整體生物。

5、本發(fā)明還提供一種攝像頭防霧保護(hù)裝置的熱管理方法，包括以下步驟：

6、(1)將無人叉車開啟，通過氣壓傳感器實時采集玻璃殼體內(nèi)壓強(qiáng)值并傳輸?shù)綗o人叉車上的工控機(jī)，當(dāng)工控機(jī)檢測到玻璃殼體內(nèi)壓強(qiáng)值高于或等于預(yù)設(shè)的閥值，則工控機(jī)控制無人叉車發(fā)出警報，將玻璃殼體進(jìn)行密封性檢查并通過抽氣孔進(jìn)行抽真空；當(dāng)工控機(jī)檢測到玻璃殼體內(nèi)壓強(qiáng)值低于預(yù)設(shè)的閥值，則工控機(jī)控制無人叉車開始進(jìn)入冷庫并開啟熱輻射加熱板；

7、(2)無人叉車在進(jìn)入冷庫的過程中，通過第一溫度傳感器實時采集攝像頭溫度并傳輸?shù)綗o人叉車上的工控機(jī)，當(dāng)工控機(jī)檢測到無人叉車外周環(huán)境溫度10s內(nèi)波動大于或等于3℃，且環(huán)境溫度與攝像頭溫度的差值大于20℃，則工控機(jī)控制熱輻射加熱板以100％的功率進(jìn)行加熱；當(dāng)工控機(jī)檢測到無人叉車外周環(huán)境溫度10s內(nèi)波動大于或等于3℃，且環(huán)境溫度與攝像頭溫度的差值小于或等于20℃，則工控機(jī)控制熱輻射加熱板以50％的功率進(jìn)行加熱；當(dāng)工控機(jī)檢測到無人叉車外周環(huán)境溫度10s內(nèi)波動小于3℃，則判定無人叉車完成入庫動作；

8、(3)無人叉車在冷庫工作過程中，采用bp-pid控制算法對熱輻射加熱板的加熱功率進(jìn)行控制，維持?jǐn)z像頭的工作溫度為設(shè)定溫度；

9、(4)無人叉車在收到出庫指令后，無人叉車上的工控機(jī)控制電阻加熱板開啟，通過第二溫度傳感器實時采集玻璃殼體溫度并傳輸?shù)焦た貦C(jī)，當(dāng)工控機(jī)檢測到玻璃殼體溫度小于或等于設(shè)定溫度，則采用模糊pid控制算法分別對熱輻射加熱板和電阻加熱板的加熱功率進(jìn)行控制，調(diào)整玻璃殼體溫度達(dá)設(shè)定溫度；當(dāng)工控機(jī)檢測到玻璃殼體溫度大于其設(shè)定溫度，則工控機(jī)控制無人叉車開始出庫。

10、優(yōu)選的，步驟(3)具體步驟如下：將攝像頭的工作溫度設(shè)定為-4～4℃，無人叉車上的工控機(jī)根據(jù)設(shè)定的工作溫度和第一溫度傳感器實時采集的攝像頭溫度，采用基于bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的pid控制算法實時計算獲得熱輻射加熱板的加熱功率投入比，工控機(jī)實時控制熱輻射加熱板的加熱功率，通過熱輻射加熱板維持?jǐn)z像頭的溫度為設(shè)定的工作溫度。

11、優(yōu)選的，步驟(4)具體步驟如下：將玻璃殼體的出庫溫度設(shè)定為5～15℃，無人叉車上的工控機(jī)根據(jù)設(shè)定的出庫溫度和第二溫度傳感器實時采集的玻璃殼體溫度，采用模糊控制器的pid控制算法實時計算獲得熱輻射加熱板和電阻加熱板的加熱功率投入比，工控機(jī)實時控制熱輻射加熱板和電阻加熱板的加熱功率，通過熱輻射加熱板和電阻加熱板精準(zhǔn)調(diào)整玻璃殼體溫度達(dá)到設(shè)定的出庫溫度。

12、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

13、1、保溫性：密封性良好的前提下，通過抽氣孔抽去裝置內(nèi)大部分空氣，使內(nèi)部保持真空狀態(tài)，有效減少空氣導(dǎo)致的對流熱流失，節(jié)約能耗，同時真空下熱傳導(dǎo)相比于空氣介質(zhì)熱傳導(dǎo)效率大大降低，可以作為溫度變化的緩沖區(qū)域，避免無人叉車在進(jìn)出低溫區(qū)域與常溫區(qū)域時，溫度的驟變影響攝像頭壽命以及性能。

14、2、防霧：無人叉車入庫時，玻璃殼體溫度低于其內(nèi)部溫度，內(nèi)側(cè)可能出現(xiàn)冷凝。該裝置內(nèi)部保持真空，通過提前抽氣有效減少了裝置內(nèi)部的水分含量，通過吸水材料進(jìn)一步吸收空氣中水分，空氣中水含量較低則玻璃殼體內(nèi)壁不容易產(chǎn)生冷凝水；裝置外側(cè)防冷凝水措施：無人叉車出庫時，玻璃殼體溫度低于外部環(huán)境溫度，殼體外壁可能出現(xiàn)冷凝現(xiàn)象，通過將攝像頭對應(yīng)的前端透明玻璃殼體進(jìn)行加熱，使其與環(huán)境溫差較小，從而避免產(chǎn)生冷凝水影響攝像頭的正常工作。

15、3、對視覺系統(tǒng)進(jìn)行工作溫度控制。采用bp-pid控制算法進(jìn)行加熱系統(tǒng)控制，維持相機(jī)的額定工作溫度，在裝置工作時攝像頭其內(nèi)部主控芯片發(fā)熱程度會有著不同變化，由于熱源的變化復(fù)雜，整體加熱系統(tǒng)的穩(wěn)定控制算法需要有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。bp-pid控制算法能使得整體系統(tǒng)有著較好的適應(yīng)性和穩(wěn)定性，維持冷庫工作中攝像頭的溫度穩(wěn)定以及低能耗，減少無人叉車在不同溫度庫中工作時高低溫度切換產(chǎn)生的大幅度瞬時溫差對攝像頭產(chǎn)生的影響；同時保證無人叉車在低溫環(huán)境下長時間工作時攝像頭的正常工作溫度，提高系統(tǒng)壽命和穩(wěn)定性。

16、4、對裝置進(jìn)行防霧溫度控制。收到冷庫機(jī)器人的出庫指令后，相機(jī)配合與機(jī)器人的出庫動作提前通過電阻加熱板進(jìn)行隔熱玻璃的溫度調(diào)整，配合模糊pid控制算法使得加熱速度快，加熱溫度準(zhǔn)確，盡可能減少過度加熱產(chǎn)生的能量損耗，同時及時調(diào)整隔熱玻璃溫度，避免由于出庫后玻璃溫度過低產(chǎn)生的冷凝水影響攝像頭的圖像；該方法通過模糊規(guī)則確定pid控制參數(shù)，能夠更快地改變溫度，提高效率，實現(xiàn)溫度的穩(wěn)定和精確控制，快速準(zhǔn)確的達(dá)到出庫溫度。

17、5、裝置存在有較多的加熱升溫環(huán)節(jié)，采用不同的加熱系統(tǒng)控制算法適應(yīng)不同的冷庫機(jī)器人工作任務(wù)，減少加熱能耗的損失，防止從低溫冷庫移動至高溫環(huán)境時攝像頭外側(cè)出現(xiàn)冷凝水，防止高溫環(huán)境移動至低溫冷庫時攝像頭內(nèi)側(cè)出現(xiàn)冷凝水。

18、綜上所述，本發(fā)明一種低溫環(huán)境下的攝像頭防霧保護(hù)裝置及其熱管理方法，通過氣壓傳感器檢測是否達(dá)標(biāo)，達(dá)標(biāo)后開始入庫。入庫過程中，通過外部溫度傳感器與攝像頭溫度傳感器檢測溫差，根據(jù)溫差啟用輻射加熱進(jìn)行實時補(bǔ)償。入庫完成后，利用輻射加熱，通過bp-pid溫度控制方法對相機(jī)溫度進(jìn)行控制。該方法結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，能夠更精確地控制溫度穩(wěn)定。完成冷庫中工作后，上位機(jī)發(fā)送出庫指令，利用輻射加熱和電阻加熱兩種方式，通過模糊pid方法控制裝置玻璃溫度。該方法通過模糊規(guī)則確定pid控制參數(shù)，能夠更快地改變溫度，提高效率。溫度達(dá)標(biāo)后開始出庫，檢測出庫完成后關(guān)閉加熱裝置，從而實現(xiàn)了全流程的溫度控制。