CN106054934A - 一种基于视觉预判追踪的气浮平台系统 - Google Patents

一种基于视觉预判追踪的气浮平台系统 Download PDF

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李增强
王洪波
潘鑫
张学松
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D3/00—Control of position or direction
    • G05D3/12—Control of position or direction using feedback

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
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Abstract

本发明提供一种基于视觉预判追踪的气浮平台系统，包括安装平台、气浮平台、视觉相机系统、直线运动系统和控制系统。根据本发明所述的基于视觉预判追踪的气浮平台系统，具有运动精度高、清洁无污染等特点，引入了预测控制算法、PID算法、模糊控制算法，可大大增加控制系统的性能。

Description

一种基于视觉预判追踪的气浮平台系统
技术领域
本发明涉及一种气浮平台系统，具体的说涉及一种运用视觉预判追踪的气浮平台系统。
背景技术
目前，气浮平台主要应用于航天、军事、通信、科研、新能源等领域。如在航天实验中，常常需要在失重状态下进行设备的检测。同时气浮平台也应用于失重状态下废弃飞船零部件的运动跟踪与预判，空间站上通信转台的动作控制等。现有技术中，虽然已有气浮平台结合视觉相机检测来完成物体追踪的报道，但是大多有精确度低，检测不灵敏等现象。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种基于视觉预判追踪的气浮平台系统，通过视觉相机的应用可以自动识别及预判被追踪物体的位置，在快速准确的识别出被追踪物体的位置后，将信息传给控制模块，通过运动控制卡将视觉相机识别的信息，信息传入到滑动系统的电机中，电机带动光源追踪物体。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于视觉预判追踪的气浮平台系统，包括安装平台、气浮平台、视觉相机系统、直线运动系统和控制系统。
进一步的，所述安装平台用于整个气浮平台系统各模块的安装和定位，包括支撑架、焊接底架和福马轮。
同时，本发明还提供了基于视觉预判追踪的气浮平台系统的操作方法，包括步骤：
步骤一：设备通电开关(1)开启，气浮平台(12)开始工作，有气体从气浮平台(12)下面吹出气浮平台(12)采用多孔致密性材料制成，使吹出的气体将滑块在平台上浮起，平台周边存在四个气孔，可通过焊接底架(2)上部的两个操作按钮进行两两同向吹气，气嘴吹动被追踪物体(11)，在气流的作用下被追踪物体(11)开始做无规则的自由运动；
步骤二：视觉相机与手动旋转台位于设备的左侧上方，通过连接角件与设备进行连接，当检测到气浮平台上有物体时，开始获得运动目标的位置、速度、加速度和运动轨迹；
步骤三：视觉相机将检测到的信息传给上位控制模块，模块中的直线电机接收到信号，立刻带动光源对运动物体进行追踪。
附图说明
图1为本发明的气浮平台系统的示意图。
图2为本发明的气浮平台系统工作流程图。
(注意：附图中的所示结构只是为了说明本发明特征的示意，并非是要依据附图所示结构。)
具体实施方式
如图1所示，根据本发明所述的基于视觉预判追踪的气浮平台系统，包括安装平台、气浮平台12、视觉相机系统、直线运动系统和控制系统。
进一步的，所述安装平台由支撑架4、焊接底架2、福马轮3构成。
所述的支撑架4由铝型材构成，起到对直线运动系统及视觉相机系统的支撑作用，所述铝型材由连接角件5连接。
焊接底架2用于气浮平台12及气浮平台控制箱、风机、驱动器等部件的安装和定位，所述的焊接底架2底部配有四组福马轮3，可以将设备随意移动位置及设备整体调节高度。所述焊接底架后面有气孔，作为风机安装处的散热孔。所述焊接底架2底部设置有排气、走线孔，顶部具有开关1。
所述的支撑架4左侧有单开式开门，设置玻璃锁，用于手动调整相机处的手动旋转台。
进一步的，所述气浮平台12的四周留有一些缓冲槽，可放置海绵、硅胶等缓冲物质，减小冲击力。所述气浮平台12的四周有若干气孔，所述气孔处有节流器，保证空气吹出时可以产生足够的压力。所述的气浮平台12四周有气嘴，前后各两个，用于吹动滑块运动。所述气浮平台12四周安装气浮挡板6，用于阻止滑块因速度过大冲出平台。
进一步的，所述视觉相机系统由视觉相机8及手动旋转台构成，视觉相机8位于气浮平台12后上方中间处，进行被追踪物体的识别与被追踪物体位置坐标的识别，并与手动旋转台通过连接角件5固定与支撑架4连接。所述手动旋转台用于相机角度的调整。
进一步的，所述直线运动系统包括导轨座、电机连接板7、光源10、转台。
所述的直线运动系统在其直线电机9的驱动下用于带动光源10沿轨道直线移动，所述的直线电机9可保证在作为被追踪物体的滑块11意外加速时，带动光源10跟踪被追踪物体11，诸如所述的滑块。
所述的转台安装在光源10前端，具备精度高，响应速度快，转速快的特点，在其直驱电机的驱动下用于带动光源10沿轨道垂直方向转动。
所述光源10通过连接件与直线运动系统连接。
进一步的，所述的控制系统包括控制单元、执行单元，实现两轴直线插补控制，引入了预测控制算法、PID算法、模糊控制算法，从而更加提高了控制系统的性能。
所述的控制单元选用高端的运动控制卡；所述的执行单元配有响应迅速的直线电机，配有光栅尺反馈装置。
以上描述，为根据发明所述的基于视觉预判追踪的气浮平台系统，根据发明所述的基于视觉预判追踪的气浮平台系统，其工作步骤为：
步骤一：设备通电开关(1)开启，气浮平台(12)开始工作，有气体从气浮平台(12)下面吹出气浮平台(12)采用多孔致密性材料制成，使吹出的气体将滑块在平台上浮起，平台周边存在四个气孔，可通过焊接底架(2)上部的两个操作按钮进行两两同向吹气，气嘴吹动被追踪物体(11)，在气流的作用下被追踪物体(11)开始做无规则的自由运动；
步骤二：视觉相机8与手动旋转台位于设备的左侧上方，通过连接角件5与设备进行连接，当检测到气浮平台12上有物体11时，开始获得运动目标的位置、速度、加速度和运动轨迹；
步骤三：视觉相机8将检测到的信息传给上位控制模块，模块中的直线电机9接收到信号，立刻带动光源10对运动物体11进行追踪。
由此可见，根据发明所述的基于视觉预判追踪的气浮平台系统具有以下特点：
(1)气浮平台采用空气静压技术，可实现无摩擦和无振动移动，具有运动精度高、清洁无污染等特点，并可以均化运动误差；
(2)利用相机进行视觉追踪与提取，获得运动目标的位置、速度、加速度和运动轨迹等，实现对运动目标的行为理解；
(3)直线运动模块属于线性模组，可实现快速响应，提高工作效率。；
(4)追踪块属于精密制造的应用，底面平面度优于0.002mm，采取了研磨工艺制造；
(5)采用伺服跟踪技术，利用视觉相机得到被追踪物体的位置信息，在此基础上实现控制系统的定位控制和轨迹追踪；
(6)控制系统，引入了预测控制算法、PID算法、模糊控制算法，可大大增加控制系统的性能。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于视觉预判追踪的气浮平台系统，其特征在于：
包括安装平台、气浮平台(12)、视觉相机系统、直线运动系统和控制系统；
其中，
所述安装平台用于整个气浮平台系统各模块的安装和定位，包括支撑架(4)、焊接底架(2)和福马轮(3)。
2.根据权利要求1所述的基于视觉预判追踪的气浮平台系统，其特征在于：
所述焊接底架(2)底部设置有排气、走线孔，顶部具有开关(1)；
所述的支撑架(4)由铝型材构成，起到对直线运动系统及视觉相机系统的支撑作用。
3.根据权利要求1所述的基于视觉预判追踪的气浮平台系统，其特征在于：
所述气浮平台(12)包括缓冲槽、气孔、气嘴、节流器；
被追踪物体(11)至于气浮平台(12)上。
4.根据权利要求1所述的基于视觉预判追踪的气浮平台系统，其特征在于：
所述视觉相机系统由视觉相机(8)及手动旋转台构成，视觉相机(8)位于气浮平台(12)后上方中间处，进行被追踪物体的识别与被追踪物体位置坐标的识别，并与手动旋转台通过连接角件(5)固定与支撑架(4)连接。
5.根据权利要求1所述的基于视觉预判追踪的气浮平台系统，其特征在于：
所述直线运动系统包括导轨座、电机连接板(7)、光源(10)、旋转电机。
6.根据权利要求1所述的基于视觉预判追踪的气浮平台系统，其特征在于：
所述控制系统包括运动控制卡、直线电机(9)、光栅尺反馈装置。
7.根据权利要求3所述的基于视觉预判追踪的气浮平台系统，其特征在于：
所述气浮平台(12)的四周留有一些缓冲槽，可放置缓冲物质，减小冲击力；
所述气浮平台(12)的四周有若干气孔，所述气孔处有节流器，保证空气吹出时可以产生足够的压力；
所述的气浮平台(12)四周有气嘴，前后各两个，用于吹动滑块运动；
所述气浮平台(12)四周安装气浮挡板(6)，用于阻止被追踪物体因速度过大冲出平台。
8.根据权利要求1-7任一项所述的基于视觉预判追踪的气浮平台系统的操作方法，其特征在于，包括以下操作步骤：
步骤一：设备通电开关(1)开启，气浮平台(12)开始工作，有气体从气浮平台(12)下面吹出气浮平台(12)采用多孔致密性材料制成，使吹出的气体将滑块在平台上浮起，平台周边存在四个气孔，可通过焊接底架(2)上部的两个操作按钮进行两两同向吹气，气嘴吹动被追踪物体(11)，在气流的作用下被追踪物体(11)开始做无规则的自由运动；
步骤二：视觉相机(8)与手动旋转台位于设备的左侧上方，通过连接角件(5)与设备进行连接，当检测到气浮平台(12)上有物体(11)时，开始获得运动目标的位置、速度、加速度和运动轨迹；
步骤三：视觉相机(8)将检测到的信息传给上位控制模块，模块中的直线电机(9)接收到信号，立刻带动光源(10)对运动物体(11)进行追踪。
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