仿人机器人的视觉伺服控制系统.docx
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1、仿人机器人的视觉伺服控制系统lihan导语:视觉是人类感悟外界信息的重要手段,视觉伺服系统是机器人获取环境信息的关键组成局部。本文主要讨论仿人机器人BHR-1的视觉伺服系统视觉是人类感悟外界信息的重要手段,视觉伺服系统是机器人获取环境信息的关键组成局部。本文主要讨论仿人机器人BHR-1的视觉伺服系统。首先介绍机器人头部的视觉总体构造方案,然后阐述了基于立体视觉的信息处理和头部运动控制,最后通过目的跟踪和物体抓取实验讲明了系统的可行性。总体方案及控制系统仿人机器人的视觉伺服系统要求可以根据详细环境和详细情况进展主动搜索,实时将摄像头转向目的,实现对空间目的的实时跟踪并获取物体的三维位置信息,进而
2、控制手臂实现对物体的准确抓取。BHR-1的头部有2个自由度,面部放置两只CCD摄像头作为视觉传感器来模拟人的眼睛。机器人的手臂也是模拟人类的上肢设计的,具有7个自由度,肩关节3个自由度,肘关节2个自由度,腕关节2个自由度,可以实现人类上肢的各种动作。机器人根据目的的三维位置信息实现对物体的抓取。仿人机器人BHR-1的总体设计方案如图2所示。为了实现物体的快速定位,需要完成图像处理和运动控制的任务。一台计算机将难以知足快速定位的实时性要求,因此本文采用了双计算机处理和Memolink通信方式的系统构造,使用两台计算机分别负责双目立体视觉的信息处理和机器人的运动控制。Memolink是系统间进展快
3、速通信的一种有效解决方案。机器人的视觉跟踪和目的抓取的实现都依赖运动控制计算机对机器人的运动控制。运动控制系统根据视觉处理系统的处理结果,控制机器人采取相应决策。例如:头部的两自由度转动,以跟踪目的的运动或上肢手臂去抓取目的。运动控制子系统以RT-Linux实时操作操作系统作为软件平台,保证了机器人控制系统的实时性。机器人的运动控制子系统的被控对象是机器人的各关节的角度,而关节是由电机带动的,因此被控对象实际上是带动关节转动的电机转动的角度,是一个位置伺服系统。系统使用了一套多功能接口板,将所有的A/D转换、D/A转换、ENC、PWM、32位IO等多种功能都集成在该接口板上,进步了系统的集成性
4、并减小了系统体积和重量。在控制信号的输入方面,由于控制的目的是为了机器人的头部可以跟踪运动的目的,因此实际上输入量就是根据图像处理子系统的处理结果得到的,在图像处理的经过中,最终求得的目的的位置就是后面运动控制子系统的输入量。由于图像处理子系统的处理结果本身就是数字量,运动控制子系统所得到的位置信息也是数字信号,因此,这里不需要模数转换的经过。在反应信号的输入方面,因为被控对象是电机,确切的讲是电机转动的角度,是位置控制,因此可以用电机上面的轴角编码器的输出作为反应信号。轴角编码器是一个测量电机所转过的角度的器件,它以脉冲的方式来反应电机转过的角度,电机转过的角度越大,它输出的脉冲个数就越多,
5、反之,输出的脉冲个数就越少。因此我们采用了接口板上的ENCencoder接口来作为反应信号的输入通道,它可以测量轴角编码器的脉冲输出个数。机器人头部的运动控制子系统的构造框图如图3所示。基于立体视觉的视觉信息处理系统采用了基于立体视觉的解决方案,通过参加了深度信息,使得目的的搜索结果更加准确。系统使用了美国SRI人工智能中心所开发的一套高速的双目立体视觉系统SVSsmallvisionsystem。图像分割是物体识别的预处理阶段,是机器人视觉伺服系统的关键技术之一。该系统采用了基于颜色信息的阈值分割方法。理论分析和实验结果都说明,对同一颜色属性的物体,在光源种类、照度、物体反射特性等不同条件下
6、,测得的RGB颜色值分布很分散,很难确定识别RGB的阈值范围。而HSV模型更接近人眼对颜色的感悟,它将收集的颜色信息分为色彩、饱和度和亮度三种属性量化,色彩属性H能比拟准确地反映颜色种类,对外界光照条件的变化敏感程度低,因此,HSV较之RGB更合适于用做识别处理的根底。本文采用HSV模型作为颜色识别处理的根底,选取其中的参数H和V作为识别处理的判别根据。RGB空间中一点到HSV空间中一点的详细转化关系如下:V=maxr,g,b,V=minr,g,b;IfV=0orV=VthenH=0,S=0;Ifr=VthenH=gb/VV;Ifg=VthenH=2+br/VV;Ifb=VthenH=4+rg
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