图像的机器人视觉伺服实验研究.docx

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1、图像的机器人视觉伺服实验研究本实验中机器人两个关节均是由松下沟通伺服电机驱动，电机和其驱动控制器共同构成了松下沟通伺服系统。松下minasa系列沟通伺服系统由a系列驱动器和配套沟通伺服电机组成。其以三相沟通伺服系统为根本原理，采用光电编码器作为电机转速和转子磁极位置检测单元，系统在驱动器内部集成了相关功能模块，构成了一个高集成度、高控制精度、数字化、智能化的闭环伺服控制系统。根据期望输入指令值，按照已设定好的控制方式和各参数设定值，驱动器控制各相关功能单元，产生出控制igbtpwm模块的信号，最终控制伺服电机按照期望值运转。系统具有分倍频功能，可以以多种形式将反应脉冲输出给外部控制器或者接收位

2、置控制指令信号。系统具有多种控制形式，如速度和转矩控制形式，以模拟信号作为输入，本文采用的是转矩控制形式。pmac运动控制卡pmac运动控制卡是美国deltataudatasystems公司消费的一种可编程、高性能伺服运动多轴控制器，采用motorola公司的数字信号处理芯片dsp56001作为cpu。pmac可以为是一台完好的计算机，用dsp芯片作为主处理器，处理8个轴的所有计算并可同时控制8轴运动，具有独立的存储空间、输入输出接口以及其他外围扩展电路。它可与各种类型的主机、放大器、电机、传感器结合完成各种类型的功能，只要我们应用好其硬件特性和软件特性，根据特定的功能要求对其进展设置，就能使

3、它正常高效地工作。pmac卡为用户提供了pwin32应用软件和pcomm32pro动态链接库。高级语言通过pcomm32pro动态链接库，可以直接调用相关函数与pmac卡进展通讯，进而实现对pmac卡的控制。本文将它与松下沟通伺服系统配合使用。dsp图像处理系统及图像处理系统简介本实验中采用的是北京合众达公司的seed-vpm642视频处理系统，该系统是一款专为各种视频应用而开发的pci插卡或者带10/100m以太网接口的处理系统。它是在tms320dm642芯片根底上通过外扩容量为4m64位的同步动态存储器sdram;容量为4m8位的在线电可擦/写异步存储器flash;可配置为rs232/r

4、s422/rs485标准的两路uart串行接口;4路pal/ntsc标准模拟视频输入，1路pal/ntsc标准模拟视频输出;4路立体声音频输入/输出;实时时钟rtc和5128位eeprom;32位的33mhz、支持主/从形式的pci接口或10/100mbase-tx标准以太网接口;标准ata硬盘接口;以及esam硬件加密模块。系统可实时实现多路数字视频/音频的编解码运算，如mpeg4、h.264、g.729等;可实时接收4路视频/音频输入，并实时输出。并能实现与其他io设备、计算机、存储设备、以太网络进展实时数据的高速传输和处理。系统由实验箱体、ccd摄像头、seed-vpm642处理板等组成

5、。在箱体上已固定好两个串行接口、硬盘接口、4路图像输入和输出接口、液晶显示器等。本实验图像处理详细实现经过如图4所示。由ccd摄像头摄取的按4:2：2格式传输的彩色模拟视频信号经过解码芯片的收集，对y、cb、cr信号按照2:1：1采样率进展采样，并将它们别离开来。在dsp系统中将彩色图像转变成灰度图像，对该图像进展阈值二值化后变成二值图像，然后经过中值滤波滤除噪声点，使用sobel算子进展边界提取。对该边界图像信号使用点hough质心求取算法求取质心图像坐标3，并通过串口通讯将质心坐标值传递给工控机程序;同时，处理后的数字视频信号经过编码芯片编码后，送显示设备实时显示。机器人视觉伺服系统工作流

6、程硬件流程本实验系统由工控机、pmac运动控制卡、松下沟通伺服系统、dsp图像处理系统和机器人组成。理解和熟悉松下沟通伺服系统的原理和功能后，调试机器人关节伺服电机的运行，优化相关控制参数以求获得最好伺服效果;研究pmac运动控制卡的原理和功能，并与松下沟通伺服系统配合，编写运动程序，不断调整和优化pmac卡的控制参数，以求获得满足的运动控制效果;对seed-vpm642图像处理系统进展深化学习和研究后，开发视频图像处理程序。组成该系统的硬件流程图如图5所示。pmac控制卡安装在工控机中，它通过isa总线与工控机通讯。工控机主要运行主控程序、pmac应用程序、dsp应用软件ccs。seed-v

7、pm642实验箱通过rs232串口数据线与工控机相连并进展数据通讯。pmac控制卡通过电缆连接松下沟通伺服系统，接收松下伺服控制器输出的编码器信号，输出指令信号给松下沟通伺服系统。ccd摄像头摄取目的物体图像，输出连续彩色视频图像给dsp图像处理系统。seed-vpm642图像处理系统处理摄像头摄取的图像，求取圆形物体的质心图像坐标，通过串口传递给工控机。系统工作流程给定期望目的物体质心图像坐标，主控程序计算其与由dsp图像处理系统反应的质心图像坐标值的差值，判定系统是否已到达伺服位置，假设已到达，那么完毕伺服经过;否那么，求解图像雅可比矩阵的逆阵，得到机器人两个关节应转动的角度值，并将其输出

8、给pmac运动程序，pmac卡按运动程序计算并输出转矩指令给松下伺服控制器，由它直接控制机器人关节电机的运转，通过编码器检测关节的位置，反应给伺服控制器和pmac卡伺服控制器对编码器信号进展处理后自身使用并可同时输出。ccd摄像头跟随机器人运动，摄取目的物体图像，通过dsp图像处理程序处理后求得目的物体质心图像坐标，通过串口通讯传递给主控程序作为视觉反应量，形成视觉伺服循环。实验结果基于上述系统原理，在vc+6.0环境下编写主控程序，主控程序主要包括界面的显示和人机交互局部、图像雅可比矩阵逆阵局部、pmac应用程序局部，串口通讯局部、数据存储局部。程序运行界面如图6所示。程序界面能对期望像素值、实际像素值的初始值、增益矩阵、关节初始转角、数据收集间隔等进展设置。程序可以对实际像素值、关节角度增量值和关节实际位置值等进展实时显示，并存储相关数据。通过调用pmac动态链接库函数，实现与pmac卡的通讯。增益矩阵为对角矩阵，用来设置关节角度变化的放大比例。程序设置了两个定时器，一个用于收集两个关节的实际位置值，另一个用于定时接收串口数据值、计算雅可比矩阵、与pmac卡通讯等，也即为系统的伺服周期。