CN109648553A - 一种基于视觉伺服控制系统的智能机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于视觉伺服控制系统的智能机器人，包括摄像头、处理器系统和智能机器人的执行部件，包括处理器系统包括主控制模块和驱动控制模块，摄像头的采集目标物体的图像信息，主控制模块内部的图像处理程序对图像信息进行分析处理，并转换为数据信息，驱动控制模块接收数据信息，通过数据信息生成相应的控制命令，执行部件根据控制命令完成相应的动作；主控制模块与驱动控制模块之间采用串口通信；主控制模块与驱动控制模块之间设置同步时隙模块。本发明将图像处理系统和执行部件控制系统分离开来，整个系统程序的脉络更加清晰进而可以提高系统的稳定性。

Description

一种基于视觉伺服控制系统的智能机器人

技术领域

本发明涉及智能制造领域，尤其涉及一种基于视觉伺服控制系统的智能机器人。

背景技术

随着机器人技术的发展，机器人在感知、思维、效应方面开始发展成为全面模拟人的机器系统，承担着越来越复杂和多样性的任务。传统的机器人在感知、识别、推理、规划等方面手段较单一，有较强的局限性，只适应于特定环境下的特定作业。视觉伺服控制系统充分利用计算机技术和图像处理技术的发展，利用视觉信息进行反馈，经视觉信号处理后，能更精确、灵活、自主地对机器人进行控制，从而具有非特定环境下的作业的能力，己逐步发展成为机器人伺服控制系统领域的一个新兴分支，在机器人控制中具有难以替代的作用。

机器人是自动化的集中体现，随着人们对机器人运动特性的要求不断提高，

拥有人类智慧的机器人的研究成为各国政府高技术计划的重要内容之一。同

时机器人技术的研究己从传统的工业领域扩展到勘探勘测、教育娱乐、救灾救援、生物工程、医疗服务等重要领域，并且得到了快速的发展。在目前市场中现有的传感器中，视觉传感器成为机器人重要的组成部分主要是因为它的适用范围广、信息量大、非接触性等特点。在机器人的控制系统中加入视觉传感器，可以加强智能机器人对于周围的多变环境较快适应性，改变目前智能机器人只能在非常少的领域应用的现状，拓宽其应用范围乜1。在可以预见的未来，智能机器人将会影响人类生活的各个方面，在诸多领域得到广泛应用。目前智能机器人的视觉伺服控制方面的研究已经成为智能机器人研究的一个热点问题。

但是现在常用的一般智能机器人，均是采用一个主处理器完成图像信息的处理以及执行部件的控制，这样的机械的协作能力强，但是现在随着图像处理程序与方法越来越完善，需要处理的数据量较大，程序复杂度高，此时采用一个处理器模块已经无法满足既要处理图像数据，又要控制执行部件的要求了，这样的系统的稳定性较差。

发明内容

有鉴于此，为了解决现有技术中采用一个处理器模块处理图像数据和控制执行部件的系统稳定性差的问题，本发明提供一种基于视觉伺服控制系统的智能机器人。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种基于视觉伺服控制系统的智能机器人，包括摄像头、处理器系统和智能机器人的执行部件，包括所述处理器系统包括主控制模块和驱动控制模块，所述摄像头采集目标物体的图像信息，所述主控制模块内部的图像处理程序对所述图像信息进行分析处理，并转换为数据信息，所述驱动控制模块接收所述数据信息，通过所述数据信息生成相应的控制命令，所述执行部件根据所述控制命令完成相应的动作；

所述主控制模块与所述驱动控制模块之间采用串口通信；

所述主控制模块与所述驱动控制模块之间设置同步时隙模块。

优选的，所述主控制模块包括主控制芯片和集成总线，所述主控制芯片采用S3C2440A，所述集成总线采用高级微控制器总线结构。

优选的，所述驱动控制器采用C8051F系列芯片。

优选的，所述摄像头采用USB接口形式与所述主控制模块进行通信连接。

优选的，还包括触摸屏，所述触摸屏与所述主控制模块连接。

优选的，所述执行部件至少包括一个驱动电机，所述驱动电机内的编码器由所述驱动控制模块的计数器进行控制。

优选的，所述摄像头采用数字摄像头，所述数字摄像头内部设置有图像传感器，所述图像传感器采用CMOS传感器。

有益效果：

本发明通过设置主控制模块和驱动控制模块，采用主控制模块对摄像头采集的图像信息进行处理和转换，采用驱动控制模块控制执行部件完成相应的动作，将图像处理系统和执行部件控制系统分离开来，这样使得整个系统程序的脉络更加清晰进而可以提高系统的稳定性；并且设置同步时隙模块，保证系统具有较强的协作能力。

附图说明

图1为本发明一种基于视觉伺服控制系统的智能机器人的结构框图；

图2为本发明一种基于视觉伺服控制系统的智能机器人的软件运行原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提出了一种基于视觉伺服控制系统的智能机器人，包括摄像头、处理器系统和智能机器人的执行部件，包括处理器系统包括主控制模块和驱动控制模块，摄像头采集目标物体的图像信息，主控制模块内部的图像处理程序对图像信息进行分析处理，并转换为数据信息，驱动控制模块接收数据信息，通过数据信息生成相应的控制命令，执行部件根据控制命令完成相应的动作；

主控制模块与驱动控制模块之间采用串口通信；实现控制信号和反馈信号的发送和接收。

主控制模块与驱动控制模块之间设置同步时隙模块。

主控制模块包括主控制芯片和集成总线，主控制芯片采用S3C2440A，具有低成本、低功耗、高性能等优点。集成总线采用高级微控制器总线结构。因为本发明系统中包括主控制模块以及驱动控制模块，如果总线上存在多个主模块，就需要仲裁器来决定如何控制各种主模块对总线的访问，所以在主控制芯片中采用高级微控制器总线结构即AMBA结构来整合主控制模块以及驱动控制模块。虽然仲裁规范是AMBA总线规范中的一部分，但具体使用的算法由RTL设计工程师决定，程序控制可根据实际需要编写，其中两个最常用的算法是固定优先级算法和循环制算法。

驱动控制器采用C8051F系列芯片，本实施例如图1所示，采用C8051F120芯片，具有体积小、功耗低、处理速度快、资源丰富等特点。

摄像头采用USB接口形式与主控制模块进行通信连接。方便拆卸更换，在主控制模块的硬件设备上，可以多设置几个USB接口，这样就可连接多个摄像头，对同一物体多角度采集图像，定位更准确，当不适用多个视觉采集时，取下即可，减少能源损耗。

还包括触摸屏，触摸屏与主控制模块连接，实现人机交互。

执行部件至少包括一个驱动电机，驱动电机内的编码器由驱动控制模块的计数器进行控制。

摄像头采用数字摄像头，数字摄像头可以用来将视频采集设备产生的模拟视频信号转换为数字信号，进而将其储存在计算机里面。数字摄像头可以直接来捕捉影像。摄像头主要有镜头、CCD图像传感器、同步信号发生器、CCD驱动器、图像信号形成电路、D/A转换电路和电源的电路构成。摄像头的主要图像传感部件是电耦合器件CCD，即电荷耦合器件，它具有灵敏度较高、畸变较小、寿命很长、较为抗震动和磁场、体积不大、无残影等特点，CCD不仅能够将光线变成电荷并可以将电荷储存和转移，还能将储存的电荷取出从而让感应电压波动，因而是理想摄像类传感器，也是摄像管传感器的升级替代品。图像传感器这是一种半导体芯片，其表面包含几十万到几百万的光电二极管。光电二极管一旦受到光照射的时候，就产生了电荷。目前在市场上主流的摄像头采用的主要感光元件是CCD以及CMOS。CCD和CMOS各有优劣。CCD色彩逼真且分辨率高，在高端摄影器材中扮演了主要角色，但是它的价格比较昂贵；CMOS具有节能和成本低的特点。在低像素情况下CMOS感光的效果和CCD差不多，因而目前低端摄像头中几乎全都采用了CMOS作为感光元基于视觉伺服控制的智能机器人设计与实现件。CCD可分为线阵CCD、三线CCD、面阵CCD和交织传输CCD。摄像头采用是面阵CCD图像传感器。CCD芯片就像人的视网膜，是摄像头的核心。因为芯片生产时产生不同等级，各厂家所获得途径的不同等原因，造成了CCD采集效果也各不相同。在购买时，一般可以采取下面方法来检测：接通电源，把视频电缆连接到监视器，然后关闭镜头的光圈，在图像全黑的情况下观察是否有光点，还有就是观察雪花大小如何，这个方法是检查CCD这款芯片最为简单直接的方法，并且不需要其它专用的辅助仪器。接着打开光圈，拍摄一个静物，仔细观察显示屏上的图像，是否偏色，扭曲，色彩和灰度平滑情况。性能卓越的CCD图像传感器可以很好地对景物的色彩进行还原处理，从而使摄取物体达到清晰自然的显示效果；而较次的传感器摄取的图像就会出现偏色现象，即使是摄取一张白纸，图像也会出现蓝色或者红色背景。除此之外，CCD图像传感器由于在生产环节有灰尘导致CCD的靶面沾附杂质。通常杂质不会对图像造成影响，但是在显微摄像或弱光情况下，细小的灰尘颗粒也会严重影响传感器性能。

如图2，本发明实施例的软件控制模型。本系统由主控制模块和驱动控制模块的双CPU处理模式，主控制模块软件主要是在linux操作系统环境下设计完成，此软件分三个部分，第一部分为图像采集分析处理模块中，实现对目标物体的空间坐标(x，y，z)的获取。第二部分为机器人运动学分析模块，实现跟踪物体运动和建立执行部件空间坐标系计算出执行部件各个关节的运动参数，并通过串口发送给电机驱动控制处理器。第三部分为执行部件抓取模块，通过给定不同占空比的PWM波，实现对物体的操控；电机驱动控制C8051F120，软件负责接收主控制模块发送过来的各个电机的运动参数，实现对地盘直流电机和执行部件上伺服电机的运动控制。

最后需要说明的是：以上仅为本发明的较佳实施例，仅用于说明本发明的技术方案，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做的任何修改、等同替换和改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于视觉伺服控制系统的智能机器人，包括摄像头、处理器系统和智能机器人的执行部件，其特征在于，包括所述处理器系统包括主控制模块和驱动控制模块，所述摄像头采集目标物体的图像信息，所述主控制模块内部的图像处理程序对所述图像信息进行分析处理，并转换为数据信息，所述驱动控制模块接收所述数据信息，通过所述数据信息生成相应的控制命令，所述执行部件根据所述控制命令完成相应的动作；

所述主控制模块与所述驱动控制模块之间采用串口通信；

所述主控制模块与所述驱动控制模块之间设置同步时隙模块。

2.根据权利要求1所述的基于视觉伺服控制系统的智能机器人，其特征在于，所述主控制模块包括主控制芯片和集成总线，所述主控制芯片采用S3C2440A，所述集成总线采用高级微控制器总线结构。

3.根据权利要求1所述的基于视觉伺服控制系统的智能机器人，其特征在于，所述驱动控制器采用C8051F系列芯片。

4.根据权利要求1所述的基于视觉伺服控制系统的智能机器人，其特征在于，所述摄像头采用USB接口形式与所述主控制模块进行通信连接。

5.根据权利要求1所述的基于视觉伺服控制系统的智能机器人，其特征在于，还包括触摸屏，所述触摸屏与所述主控制模块连接。

6.根据权利要求3所述的基于视觉伺服控制系统的智能机器人，其特征在于，所述执行部件至少包括一个驱动电机，所述驱动电机内的编码器由所述驱动控制模块的计数器进行控制。

7.根据权利要求1所述的基于视觉伺服控制系统的智能机器人，其特征在于，所述摄像头采用数字摄像头，所述数字摄像头内部设置有图像传感器，所述图像传感器采用CMOS传感器。