分拣机器人控制系统

1引言

正在研讨机械视觉的移动机器人导航技巧的根底上，基于层次结构，简略先容导览机器人控制系统的总体方案及软硬件计划。采取图像处理中的边缘检测跟模板婚配方法停止机器人的视觉导航，使机器人正在结构化途径情况下可能自动遁藏障碍物，停靠到方针面，并能向参访者导览讲解，最初验证了该体系的有效性跟优越性。

2导览机器人简介

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导览机器人用正在大型展览馆、博物馆或其他会展中心，引诱参访者沿着流动门路参访，向参访者讲解和停止简略对话。是以导览机器人必需存在自立导航、门路计划、智能避障、方针面的停靠与定位、语音讲解和能与参访者停止简略对话等功用，并存在对外界情况快速反应跟自适应能力。基于层次结构，导览机器人可分为：人工智能层、节制调和层跟运动执行层。此中人工智能层次要应用CCD摄像头计划跟自立导航机器人的门路，节制层调和实现多传感信息的融会，而运动执行层实现机器人行走。图1为智能导览机器人的整体布局框图。

3导览机器人硬件计划

3.1人工智能层硬件实现

思量到移动机器人控制系统要求处理速度快、便利外围设备扩展、体积跟质量小等要求，是以上位机选用PC104体系，其软件用C语言编程。采取USB摄像头，收罗机器人后方的视觉信息，为机器人视觉导航，门路计划供给根据。外设麦克跟扬声器，当机器人达到方针点后，停止导览讲解。

3.1.1节制调和层的硬件实现

机器人传感器的拔取应在于机器人的事情须要跟使用特色。这里选用超声波传感器、红外传感器、电子罗盘及陀螺仪，收罗机器人周围环境信息，为机器人避障、门路计划供给资助。应用ARM处置惩罚平台，经由过程RS－485总线驱动机电，驱动机器人行走。

导览机器人要求传感器精度稍下，重复性好，抗干扰能力强，稳定性跟可靠性下。机器人正在前进进程中必需可能精确取得其地位信息，数字罗盘靠得住输出航向角，陀螺仪丈量偏移并停止需要批改，以保障机器人行走的标的目的没有偏离。采取超声波传感器跟红外传感器相结合的方式获得后方障碍物信息。该体系计划选用6个超声波传感器跟6个红外传感器。此中，正前方跟正后方各1个，其余4个超声波传感器离别位于正前方跟正后方的两边，夹角为45°，红外传感器离别装置正在超声波传感器的正上方1～2cm处。超声波传感器次要经由过程测距实现避障，而红外传感器次要是用于赔偿超声波传感器的盲区，断定近距离是不是有障碍物。

3.1.2运动执行层的硬件实现

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该智能导览机器人的执行机构采取直流伺服电机。这里选用三洋机电Super＿L额外输出功率为60W，最大空载转速为3000r／rain，并带500线的光学码盘，使机器人实现响应举措。导览机器人采取闭环控制，经由过程光学码盘丈量车轮速率的实际值并反应给微控制器。基于实际转速与给定转速的差值，驱动器按必然的计算方法调剂响应电压，如斯重复，直到到达给定转速。机器人调速采取FAULHABER公司的MCDC2805实现。它能实现速率同步机能，同时转矩颠簸最小，内置PI调节器能精确达到指定地位。当装备Super_L机电及集成编码器时，即便正在转速非常低的环境下，也能到达0.180的定位控制精度。

3.2导览机器人软件设计

经由过程USB摄像头或其他摄像头收罗导览机器人后方的视觉信息，经由过程图像处理算法处置惩罚视频，使机器人可能停止门路计划跟自立导航。经由过程吸收基层的多传感融会信息，可能实现近距离的避障，遇到障碍物时停止自动报警。达到方针点后，可能语音讲解，解说完后能与参访者停止简略对话。

4视觉导航

视觉导航机器人的全部体系由两部门组成：增添了无线通信模块跟无线摄像头的才能风暴机器人跟近程计算机。那两部门之间的通讯由无线通信模块实现。机器人包罗才能风暴机器人、无线摄像头跟无线通信模块三个部门。正在机器人事情时，无线摄像头将收罗到的视频信号传递给无线视频接收器，无线视频接收器再经由过程视频采集卡(Osprey210)将待处理的视频信号传递给计算机，计算机颠末处置惩罚后，做出响应的决议计划，并将决议计划旌旗灯号经由过程无线通信模块发送给机器人，如许便树立了一个简略的闭环控制体系。无线通信模块由两个完全相同的无线串口通讯模块构成，事情正在全双工形态。正在机器人中无线通信模块与机器人的串口控制器毗邻，正在计算机中无线通信模块与计算机的COM心相连。

4.1图象预处理

原始图象为Logiteeh摄像头收罗的一幅室内用蓝色标签建造的结构化途径图片，像素巨细为320x240，起首将原始图象停止灰度变换，并经由过程拔取适合的阈值停止二值化处置惩罚。然后提取罔像有用信息，经由过程形态学的收缩腐化等操纵提取前进方向。如图2所示。

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图3为罕见的边缘算子检测后果比力。从图3中可看出Canny跟Sobel算子检测后果绝对好些，此中Sobel算子对噪声存在滑润作用，能供给较为正确的边缘标的目的信息。这里采取Sobel算子停止检测，如图4所示。

依据图4，体系经由过程hough变更检测两条直线的地位，测出图象的两条边缘线离两头的像素巨细，再依据实际空中距离停止标定，便可获知机器人所在位置。

4.2模板婚配算法

模板婚配技巧是图象方针辨认技巧中一个紧张的研讨标的目的，存在算法简略、计较量小和识别率初等特色，现阶段正在方针辨认范畴失掉广泛应用。它是用一个较小的图象，将模板与源图象相比力，肯定正在源图象中是不是存在与该模板不异或类似的区域，若该区域存在，可肯定其地位并提取该区域。它常采取模板与源图象对应区域的偏差平方和作为测度。

设f为MxN的源图象，g为SxT的模板图象，则偏差平方和测度界说为：

当A为常数时，则可用2B相匹配，当D(x，y)取得最大值时，便认为模板与图象相匹配。平常假定A为常数时会发生偏差。严峻时将没法精确婚配，是以可用归一化互相闭作为偏差平方和测度，界说为：

4.3模板婚配改善算法

可是按模板婚配算法供婚配计较工作量十分年夜，思量到相关是卷积的一种特定情势和Matlab计较功用的壮大，采取FFT方式，正在频域中计较后再停止逆变换便可供出。图象跟定位模板图象扭转180°的傅里叶变更后作点乘运算，再求其顺FFT变更并前往空间域值也便相当于相关运算。正在求取空间域值的最大值后，再依据最大值拔取适合的阈值，便可肯定方针面的地位。试验中正在模板婚配胜利后，可将方针跟靠山颜色二值化，并用白色“十”字符号标识表记标帜，不断更新数据信息。将停靠点设定正在本人期冀的像素地位，然后自动调剂机器人地位，计划成如图5情势，可知机器人须要向左行驶。

图6为视觉导航算法流程。

5试验成果与论断

本文所先容的计划为简略单纯机器人(才能风暴机器人)增添了视觉模块跟无线通信模块，并研讨了相关算法跟战略，实现了自立门路跟踪。为了使体系真正做到不变快捷，正在图象预处理、门路辨认跟门路跟踪等各个环节皆充分考虑到算法的实时性与鲁棒性。

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