一种自动铺砖机及控制方法技术领域
本发明属于地面施工领域，具体涉及一种自动铺砖机及控制方法。
背景技术
在21世纪，我国的劳动力市场已经开始出现供应紧缺的现象，地砖的铺设大多依
靠手工作业，这种工作方式不仅成本高，而且铺砖的质量也不高。针对这一现象，德国、荷兰
等国设计了一些自动铺砖机，该机器能够铺设结实耐用的砖路。这种铺砖机大多都需要其
他小型铲车合作进行铺设，铲车负责给铺砖机送料，但是依旧需要人工码砖，而且对于不同
的道路道牙宽度，也必须是人工进行调节铺设宽度。经过这些过程，使得铺砖机的运行效率
受到限制，人工成本也没有很大改善。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种自动铺砖机及控制方法，能够降低劳
动力，提高工作效率，并节约人力成本。
为了达到上述目的，一种自动铺砖机，包括机体，机体底部设置有移动轮，移动轮
通过驱动电机驱动，机体的前部设置有铺砖斜轨，后部设置有自动码砖装置，自动码砖装置
下游连接活动砖台，活动砖台上设置有固定砖台，机体上设置有用于带动活动砖台上升至
铺砖斜轨顶部的升降装置，机体上设置有用于控制活动砖台与铺砖斜轨角度的顶升装置；
所述机体顶部设置有摄像头，摄像头连接图像处理单元，图像处理单元连接单片
机控制器，单片机控制器连接自动码砖装置、升降装置、顶升装置和驱动电机。
所述铺砖斜轨上设置有两个挡板，铺砖斜轨上设置有用于调整挡板间距的正反牙
滚珠丝杠滑台，正反牙滚珠丝杠滑台连接单片机控制器。
所述自动码砖装置通过传送带连接活动砖台。
所述升降装置包括固定在机体两侧的侧面丝杆螺母副，侧面丝杆螺母副上设置有
滑块，滑块与固定砖台连接，侧面丝杆螺母副通过电机带动旋转，电机连接单片机控制器，
侧面丝杆螺母副通过轴承座固定在机体上。
所述机体后部设置有后面丝杆螺母副，顶升装置设置在后面丝杆螺母副上。
一种自动铺砖机的控制方法，包括以下步骤：
步骤一，摄像头采集预铺道路信息，并将预铺道路信息发送至图像处理单元；
步骤二，图像处理单元将预铺道路的彩色图像转化为灰度图，再将灰度图转换为
黑白图，最后提取灰度图中的轮廓，进行梯度锐化和去噪后提取所需轮廓的长度；
步骤三，图像处理单元将所需轮廓的长度发送至单片机处理单元；
步骤四，单片机处理单元调整挡板间的间距，使挡板间的间距与预铺道路同宽；
步骤五，单片机处理单元控制制动码砖装置工作，使码好的砖通过升降装置上升
至铺砖斜轨顶部，顶升装置使活动砖台与铺砖斜轨保持相同角度，通过光流算法得出当前
砖块在铺砖斜轨上的运动速度，单片机处理单元控制机体前进，完成铺砖。
所述步骤二中，将彩色图像转换为灰度图能够采用三种方法，分别为最大值法、平
均值法和各比例法；
所述最大值法是获取图像中的每一个像素值，并且分别获得像素的RGB个分量值
GetRValue、GetGValue和GetBValue，然后取三个分量的中最大的一个作为像素的分量值；
所述平均值法是取三个分量的平均值作为像素的分量值；
所述各比例法为设当前像素的三分量分别为R，G，B，然后利用如下公式得到转换
后的像素分量值：0.30×R+0.59×G+0.11×B。
所述步骤二中，将灰度图转换为黑白图是采用阈值转换算法，过滤掉灰度值低于
60或大于180的像素点。
所述步骤五中，光流算法的具体步骤如下：
第一步，对一个连续的视频帧序列进行处理；
第二步，针对每一个视频序列，利用前景目标检测方法，检测可能出现的前景目
标；
第三步，如果某一帧出现了前景目标，找到其具有代表性的关键特征点；
第四步，对之后的任意两个相邻视频帧而言，寻找上一帧中出现的关键特征点在
当前帧中的最佳位置，从而得到前景目标在当前帧中的位置坐标；
第五步，重复第一步至第四步，便可实现目标的跟踪，从而得出砖块的运动速度。
与现有技术相比，本发明的工程砖以任意形式放入自动码转装置，通过自动码砖
装置内部进行振动筛选，工程砖进入相应的砖槽，有序的通过传送带送至活动砖台，活动砖
台随固定砖台一起上升，到达指定位置，固定砖台不动，活动砖台在顶升装置的作用下，活
动砖台与铺砖斜轨保持相同角度，推板将工程砖推送至铺砖斜轨上，工程砖延铺砖斜轨进
行铺砖。本发明能够替代人工码砖和铺砖的过程，结构合理，易于安装，降低劳动力，在很大
程度上解放了劳动力，降低成本，实现自动化。
进一步的，本发明在铺砖斜轨两侧上安装有挡板，挡板利用正反牙滚珠丝杠滑台
来调整铺设宽度，省去人工调整步骤，提高工作效率。
本发明的方法通过摄像头采集预铺道路信息，再通过图像处理单元对图像进行处
理后得到所需轮廓的长度，最后通过单片机处理单元调整挡板的间距，使间距与预铺道路
同宽，从而完成铺设，本方法通过增加图像处理单元和点啤酒处理单元，实现了智能化铺设
砖块，比起之前通过编码器或红外控制的系统，本方法采集更加准确，系统更加简洁，铺砖
效率大大提高。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的侧视图；
图3为本发明的系统框图；
其中，1、机体；2、移动轮；3、铺砖斜轨；4、挡板；5、正反牙滚珠丝杠滑台；6、侧面丝
杠螺母副；7、固定砖台；8、轴承座；9、顶升装置；10、后面丝杠螺母副；11、活动砖台；12、滑
块；13、自动码砖装置；14、传送带；15、摄像头。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
参加图1和图2，一种自动铺砖机包括机体1，机体1底部设置有移动轮2，移动轮2通
过驱动电机驱动，机体1的前部设置有铺砖斜轨3，后部设置有自动码砖装置13，自动码砖装
置13下游连接活动砖台11，活动砖台11上设置有固定砖台7，机体1上设置有用于带动活动
砖台11上升至铺砖斜轨3顶部的升降装置，机体1上设置有用于控制活动砖台11与铺砖斜轨
3角度的顶升装置9，铺砖斜轨3上设置有两个挡板4，铺砖斜轨3上设置有用于调整挡板4间
距的正反牙滚珠丝杠滑台5，自动码砖装置13通过传送带14连接活动砖台11，机体1后部设
置有后面丝杆螺母副10，顶升装置9设置在后面丝杆螺母副10上。
升降装置包括固定在机体1两侧的侧面丝杆螺母副6，侧面丝杆螺母副6上设置有
滑块12，滑块12与固定砖台7连接，侧面丝杆螺母副6通过电机带动旋转，侧面丝杆螺母副6
通过轴承座8固定在机体1上。
机体1顶部设置有摄像头15，摄像头15连接图像处理单元，图像处理单元连接单片
机控制器，单片机控制器连接自动码砖装置13、升降装置、顶升装置9和驱动电机。
一种自动铺砖机的控制方法包括以下步骤：
步骤一，摄像头15采集预铺道路信息，并将预铺道路信息发送至图像处理单元；
步骤二，图像处理单元将预铺道路的彩色图像转化为灰度图，再将灰度图转换为
黑白图，最后提取灰度图中的轮廓，进行梯度锐化和去噪后提取所需轮廓的长度；
步骤三，图像处理单元将所需轮廓的长度发送至单片机处理单元；
步骤四，单片机处理单元控制正反牙滚珠丝杠滑台5调整挡板4间的间距，使挡板4
间的间距与预铺道路同宽；
步骤五，工程砖放入自动码转装置13，单片机处理单元控制制动码砖装置13工作，
将码好的工程砖有序的通过传送带14送至活动砖台11，活动砖台11随固定砖台7一起上升，
到达指定位置，固定砖台7不动，活动砖台11在顶升装置9的作用下，活动砖台11与铺砖斜轨
3保持相同角度，推板将工程砖推送至铺砖斜轨3上，通过光流算法得出当前砖块在铺砖斜
轨3上的运动速度，单片机处理单元控制机体1前进，完成铺砖。
彩色图像转换为灰度图能够采用三种方法，分别为最大值法、平均值法和各比例
法；
最大值法是获取图像中的每一个像素值，并且分别获得像素的RGB个分量值
GetRValue、GetGValue和GetBValue，然后取三个分量的中最大的一个作为像素的分量值；
平均值法是取三个分量的平均值作为像素的分量值；
各比例法为设当前像素的三分量分别为R，G，B，然后利用如下公式得到转换后的
像素分量值：0.30×R+0.59×G+0.11×B。
将灰度图转换为黑白图是采用阈值转换算法，过滤掉灰度值低于60或大于180的
像素点。
提取灰度图中的轮廓参考canny算法或使用Opencv中Canny函数得到轮廓图。
使用该算法的原因主要是：是在保留原有图像属性的情况下，显著减少图像的数
据规模。
该算法的使用最优边缘准则，最优边缘准则的含义是：
(1)最优检测：算法能够尽可能多地标识出图像中的实际边缘，漏检真实边缘的概
率和误检非边缘的概率都尽可能小；
(2)最优定位准则：检测到的边缘点的位置距离实际边缘点的位置最近，或者是由
于噪声影响引起检测出的边缘偏离物体的真实边缘的程度最小；
(3)检测点与边缘点一一对应：算子检测的边缘点与实际边缘点应该是一一对应。
利用梯度锐化使图像更加突出，以便分析。
算法：当前点像素值与其下一个像素值之差的绝对值，加上当前点像素值与其下
一行当前像素值之差的绝对值，如果结果大于阈值，则当前像素值置为此结果。
去除离散噪声，图像平滑与图像模糊是同一概念，主要用于图像的去噪。去噪要使
用滤波器，为不改变图像的相位信息，一般使用线性滤波器，其统一形式如下：其中h称为滤
波器的核函数，说白了就是权值。不同的核函数代表不同的滤波器，有不同的用途。
在图像处理中，常见的滤波器包括：
(1)归一化滤波器(Homogeneous blur)；
也是均值滤波器，用输出像素点核窗口内的像素均值代替输出点像素值。
(2)高斯滤波器(Guassian blur)；
是实际中最常用的滤波器，高斯滤波是将输入数组的每一个像素点与高斯内核卷
积将卷积和当作输出像素值。高斯核相当于对输出像素的邻域赋予不同的权值，输出像素
点所在位置的权值最大(对应高斯函数的均值位置)。
(3)中值滤波器(median blur)；
中值滤波将图像的每个像素用邻域(以当前像素为中心的正方形区域)像素的中
值代替。对椒盐噪声最有效的滤波器，去除跳变点非常有效。
(4)双边滤波器(Bilatrial blur)；
为避免滤波器平滑图像去噪的同时使边缘也模糊，这种情况下使用双边滤。
6.提取所需轮廓的长度；
经过一系列的图像处理之后，因为路面是平行的(在实际采集角度中可能不是平
行的，但是会有一定的角度)图像的特征是中间部分是砖块，然后是路面，最外面是其他的
环境物体，我们需要提取出路面的两条线和铺砖机最底部的交线(一条线段)根据这个线段
可以获取到路面宽度信息。
光流算法的具体步骤如下：
第一步，对一个连续的视频帧序列进行处理；
第二步，针对每一个视频序列，利用前景目标检测方法，检测可能出现的前景目
标；
第三步，如果某一帧出现了前景目标，找到其具有代表性的关键特征点；
第四步，对之后的任意两个相邻视频帧而言，寻找上一帧中出现的关键特征点在
当前帧中的最佳位置，从而得到前景目标在当前帧中的位置坐标；
第五步，重复第一步至第四步，便可实现目标的跟踪，从而得出砖块的运动速度。