CN108537839B - 一种基于现场总线的视觉引导强实时指向装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于机器视觉目标指向领域，并公开了一种基于现场总线的视觉引导强实时指向装置。其包括底板，以及设置在底板上依次连接的视觉模块、从站模块、主站模块、伺服控制模块和目标指向模块，视觉模块采集并显示图像信息并处理以此获取实际位置坐标，同时将实际位置坐标传递给从站模块；从站模块和伺服控制模块通过现场总线通信协议实现与主站模块的信息交互；伺服控制模块标定显示图像边界点对应的位置范围，并传送给主站模块，主站模块建立位置坐标与控制参数值的对应关系，并将实际位置坐标转化为控制参数值传送给伺服控制模块，以此实现对目标指向模块的控制。通过本发明，保证视觉系统与运动控制系统通信的实时性，实现脱离计算机独立使用。

Description

一种基于现场总线的视觉引导强实时指向装置
技术领域
本发明属于机器视觉目标指向领域，更具体地，涉及一种基于现场总线的视觉引导强实时指向装置。
背景技术
机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断。机器视觉主要利用计算机来模拟人的视觉功能，再现与人类视觉有关的某些智能行为，从客观事物的图像中提取信息进行处理，并加以理解，最终用于实际检测和控制。随着机器视觉技术的逐渐成熟，其应用也变得越来越广，视觉指向就是其一。
传统的视觉指向技术多用普通总线进行通信，这样无法保证视觉指向通信的实时性；同时传统的视觉指向技术都需要依赖于计算机进行图像处理和计算，这样会使得整个设备变得庞大，且不便于携带；并且传统的视觉指向装置模块化程度较低，传输延时也难以确定。故针对现有视觉指向技术的不足，提出一种新的视觉指向装置与方法具有重要意义。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于现场总线的视觉引导强实时指向装置，通过采用设置有MCU芯片的视觉模块，以达到获取图像后对图像处理获取实际位置坐标的功能，实现自身的图像处理不依赖外接计算机，同时主站模块与从站模块和伺服控制模块之间采用现场总线通信协议实现信息交互，提高信息处理速度，由此解决实时性不足以及需要依赖于计算机的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明，提供了一种基于现场总线的视觉引导强实时指向装置，所述指向装置包括底板，以及设置在底板上的视觉模块、从站模块、主站模块、伺服控制模块和目标指向模块，其特征在于，
所述视觉模块与所述从站模块连接，包括功能板和设置在该功能板上的视觉设备，所述视觉设备获取待指向物体的图像信息并显示图像，同时对所述图像信息进行处理获得待指向物体的实际位置坐标，所述功能模块将所述实际位置坐标传递给所述从站模块；
所述从站模块与所述主站模块连接，用于将来自所述视觉模块的实际位置坐标通过现场总线通信协议传递给所述主站模块；
所述主站模块与所述伺服控制模块连接，通过现场总线通信协议实现与所述伺服控制模块实现信息的交互；
所述伺服控制模块与所述目标指向模块连接，该伺服控制模块上设置有按钮板，用于键入所述视觉模块显示图像中的边界点所形成的位置范围，同时将该位置范围传送给所述主站模块；所述主站模块一方面接收来自所述伺服控制模块的位置范围，并根据所述伺服控制模块控制参数的额定范围，建立位置坐标与控制参数值的对应关系，另一方面根据该对应关系将来自所述从站模块的实际位置坐标转化为控制参数值，并将其传送给所述伺服控制模块；
所述目标指向模块根据来自所述伺服控制模块的控制参数值指向待指向物体。
进一步优选地，所述从站模块包括从站设备和固定板，该固定板用于将所述从站设备固定在所述底板上，该固定板的侧面设置有滑槽，所述功能板在该滑槽内前后移动，以此实现所述视觉设备的前后移动，从而调整拍摄范围。
进一步优选地，所述视觉设备包括摄像头、MCU芯片和显示屏，所述摄像头拍摄待指向物体并将获取的图像信息传递给所述MCU芯片，所述MCU芯片将所述图像信息进行处理并获得待指向物体的实际位置坐标息，所述显示屏根据所述图像信息显示图像。
进一步优选地，所述伺服控制模块包括按钮板、输入设备和输出设备，所述输入设备和输出设备接收来自所述主站模块的控制参数值并将该控制参数值传送给所述目标指向模块，所述按钮板用于标定图像信息中的边界点。
进一步优选地，所述主站模块通过采用双线性插值算法将所述实际位置坐标转化为控制参数。
进一步优选地，所述功能板优选通过SPI总线通信的方式实现将实际位置坐标传递给从站模块。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1、本发明通过主站模块与从站模块和伺服控制模块之间采用现场总线通信协议实现信息交互，保证了视觉系统与运动控制系统通信的强实时性，降低了装置的反应时间；
2、本发明通过视觉模块中集成MCU芯片的方式，实现图像获取或直接进行图像处理，不需要外接计算机进行图像处理，能脱离计算机独立使用，具有较高的可扩展性，同时减小整个装置的体积，更加便携；
3、本发明提供的装置标准化、模块化程度高，模块化的设计使整个装置具有灵活性，可根据需要替换，从而实用性更强，并且各个过程的通信、传输延时的确定，也保证了整个装置的传输延时的确定。
附图说明
图1是按照本发明的优选实施例所构建的实时指向装置的结构示意图；
图2是按照本发明的优选实施例所构建的实时指向装置工作流程图；
图3是按照本发明的优选实施例所构建的实时指向装置的实物示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-视觉模块，101-视觉设备，102-功能板，2-从站模块，201-从站设备，202-固定板，3-主站模块，4-伺服控制模块，401-按钮板，402-输入设备，403-输出设备，5-目标指向模块，6-支架，7-底板
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图1是按照本发明的优选实施例所构建的实时指向装置的结构示意图，图3是按照本发明的优选实施例所构建的实时指向装置的实物示意图，如图1和3所示，一种基于现场总线的视觉引导强实时指向装置，包括：底板7，以及设置在底板上的视觉模块1、从站模块2、主站模块3、伺服控制模块4、目标指向模块5；
视觉模块1包括视觉设备101和功能板102，视觉设备101固定在功能板102上，功能板102固定在从站模块2上，视觉设备101和从站模块2之间通过SPI总线通信，但不限于这种通信方式；视觉设备集成有摄像头、MCU芯片和显示屏，可对目标物体进行实时监控，并将捕获到的图像信息进行处理，提取出坐标信息；功能板用来固定视觉设备，同时将摄像头捕捉的数据传递给从站模块；视觉设备通过铜螺柱固定在功能板上，功能板通过其下方的接口固定在从站模块；
从站模块2包括从站设备201和固定板202，从站设备201安装在固定板202上，从站设备可通过固定板上的滑槽安装在固定板202上，并且通过滑槽可使视觉模块的镜头前后移动，固定板通过内六角螺丝固定在底板7上；从站模块会对视觉模块传递过来的坐标信息进行进一步的处理，并包装成能传递给主站模块的数据格式，然后通过现场总线将数据传递给主站模块；
主站模块会将从站模块传递过来的数据进行数字量与控制参数的转换，方便传给伺服控制模块，同时会进行双线性插值算法，保证物体坐标与控制参数的对应关系；
伺服控制模块4包括按钮板401、控制参数的输入设备402和控制参数的输出设备403，它们通过卡槽固定在支架6上，支架通过内六角螺丝将伺服控制模块固定在底板上；
目标指向设备通过内六角螺丝固定在底板上；伺服控制模块在接收到主站模块传递过来的控制参数后，会对目标指向模块进行控制，从而对目标物体进行实时指向。
此外，本发明采用的现场总线通信方式是EtherCAT，但不局限于此，也可采用NCUC、CAN等具有实时性的通信方式；同时本发明采用的目标指向模块可采用振镜装置，机械臂、运动平台等装置，但不局限此。
图2是按照本发明的优选实施例所构建的实时指向置工作流程图；，如图2所示，本发明在使用时，通过电源对该装置进行供电，视觉指向装置开始工作。首先进行标定，将相机坐标系与世界坐标系进行对应；然后开始视觉指向，视觉模块1中的视觉设备101集成摄像头和MCU芯片，会对目标物体进行实时监控，并将捕获到的图像信息进行处理，提取出坐标信息；功能板102通过铜螺柱固定视觉设备101，同时将摄像头捕捉的数据传递给从站模块2；从站模块2会对视觉模块2传递过来的坐标信息进行进一步的处理，并包装成能传递给主站模块3的数据格式，然后通过现场总线将数据传递给主站模块3；主站模块3将从站模块2传递过来的数据进行数字量与控制参数的转换，方便传给伺服控制模块，同时会进行双线性插值算法，保证物体坐标与控制参数的对应关系；伺服控制模块4在接收到主站模块3传递过来的控制参数后，会对目标指向模块5进行控制，从而对目标物体进行实时指向。
当使用者有不同需求时，可以根据具体情况选择不同的视觉模块、主站模块以及目标指向模块，从而满足多种情况下的目标指向。
当使用者不适用该平台时，关闭电源即可。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (6)

1.一种基于现场总线的视觉引导强实时指向装置，所述指向装置包括底板(7)，以及设置在底板上的视觉模块(1)、从站模块(2)、主站模块(3)、伺服控制模块(4)和目标指向模块(5)，其特征在于，
所述视觉模块(1)与所述从站模块(2)连接，包括功能板(102)和设置在该功能板上的视觉设备(101)，所述视觉设备(101)获取待指向物体的图像信息并显示图像，同时对所述图像信息进行处理获得待指向物体的实际位置坐标，所述功能板(102)将所述实际位置坐标传递给所述从站模块；
所述从站模块(2)与所述主站模块(3)连接，用于将来自所述视觉模块(1)的实际位置坐标通过现场总线通信协议传递给所述主站模块(3)；
所述主站模块(3)与所述伺服控制模块(4)连接，通过现场总线通信协议实现与所述伺服控制模块实现信息的交互；
所述伺服控制模块(4)与所述目标指向模块(5)连接，该伺服控制模块上设置有按钮板(401)，用于键入所述视觉模块显示图像中的边界点所形成的位置范围，同时将该位置范围传送给所述主站模块(3)；所述主站模块(3)一方面接收来自所述伺服控制模块(4)的位置范围，并根据所述伺服控制模块控制参数的额定范围，建立位置坐标与控制参数值的对应关系，另一方面根据该对应关系将来自所述从站模块(2)的实际位置坐标转化为控制参数值，并将其传送给所述伺服控制模块(4)；
所述目标指向模块(5)根据来自所述伺服控制模块的控制参数值指向待指向物体。
2.如权利要求1所述的一种基于现场总线的视觉引导强实时指向装置，其特征在于，所述从站模块包括从站设备(201)和固定板(202)，该固定板用于将所述从站设备固定在所述底板(7)上，该固定板的侧面设置有滑槽，所述功能板(102)在该滑槽内前后移动，以此实现所述视觉设备的前后移动，从而调整拍摄范围。
3.如权利要求1或2所述的一种基于现场总线的视觉引导强实时指向装置，其特征在于，所述视觉设备包括摄像头、MCU芯片和显示屏，所述摄像头拍摄待指向物体并将获取的图像信息传递给所述MCU芯片，所述MCU芯片将所述图像信息进行处理并获得待指向物体的实际位置坐标息，所述显示屏根据所述图像信息显示图像。
4.如权利要求1所述的一种基于现场总线的视觉引导强实时指向装置，其特征在于，所述伺服控制模块(4)还包括输入设备(402)和输出设备(403)，用于接收来自所述主站模块的控制参数值并将该控制参数值传送给所述目标指向模块。
5.如权利要求1所述的一种基于现场总线的视觉引导强实时指向装置，其特征在于，所述主站模块(3)通过采用双线性插值算法将所述实际位置坐标转化为控制参数。
6.如权利要求1所述的一种基于现场总线的视觉引导强实时指向装置，其特征在于，所述功能板通过SPI总线通信的方式实现将实际位置坐标传递给从站模块。
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