塑料分拣机器人哪里有，基于仿人机器人BHR-1的视觉跟踪和运动控制系统的设计

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视觉是人类感知外界信息的紧张手腕，视觉伺服系统是机器人获得情况信息的要害组成部分。本文次要探讨仿人机器人BHR-1的视觉伺服系统。起首先容机器人头部的视觉整体布局计划，然后阐述了基于平面视觉的信息处理跟头部运动节制，最初经由过程方针跟踪跟物体抓取试验解释了体系的可行性。

总体方案及控制系统仿人机器人的视觉伺服系统要求可能依据详细情况跟具体情况停止自动搜刮，及时将摄像头转向方针，实现对空间方针的及时跟踪并获得物体的三维地位信息，从而节制手臂实现对物体的精确抓取。BHR-1）的头部有2个自由度，脸部安排两只CCD摄像头作为视觉传感器去模拟人的眼睛。机器人的手臂也是仿照人类的上肢计划的，存在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类举措。机器人依据方针的三维地位信息实现对物体的抓取。

仿人机器人BHR-1的总体设计计划如图2所示。为了实现物体的快捷定位，须要实现图像处理跟运动节制的使命。一台计算机将难以知足快捷定位的实时性要求，是以本文采取了单计算机处置惩罚跟Memolink通讯方法的系统结构，利用两台计算机离别担任双目平面视觉的信息处理跟机器人的运动节制。Memolink是体系间停止快捷通讯的一种无效解决方案。

机器人的视觉跟踪和方针抓取的实现皆依附运动节制计算机对机器人的运动节制。运动控制系统依据视觉处置惩罚体系的处理结果，节制机器人采取相应决议计划。例如：头部的两自由度迁移转变，以跟踪目标的运动或许上肢手臂来抓取方针。运动节制子系统以RT-Linux及时操纵操作系统作为软件平台，保障了机器人控制系统的实时性。

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图2体系总体方案

机器人的运动节制子系统的被控工具是机器人的各枢纽的角度，而枢纽是由机电动员的，是以被控工具实际上是动员枢纽迁移转变的机电迁移转变的角度，是一个地位伺服系统。

体系利用了一套多功能接口板，将一切的A/D转换、D/A转换、ENC、PWM、32位IO等多种功用皆集成正在该接口板上，进步了体系的集成性并减小了体系体积跟重量。

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正在节制旌旗灯号的输入方面，因为节制的目标是为了机器人的头部可能跟踪运动的方针，是以实际上输入量就是依据图像处理子系统的处理结果失掉的，正在图像处理的进程中，终极求得的方针的地位就是前面运动节制子系统的输入量。因为图像处理子系统的处理结果本身就是数字量，运动节制子系统所失掉的地位信息也是数字信号，是以，这里没有须要模数转换的进程。

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正在反应旌旗灯号的输入方面，由于被控工具是机电，确切的说是机电迁移转变的角度，是地位节制，是以可以用机电下面的轴角编码器的输出作为反应旌旗灯号。轴角编码器是一个丈量机电所转过的角度的器件，它以脉冲的方法去反应机电转过的角度，机电转过的角度越大，它输出的脉冲个数便越多，反之，输出的脉冲个数便越少。是以咱们采取了接口板上的ENC

接口去作为反应旌旗灯号的输入通道，它可以丈量轴角编码器的脉冲输出个数。机器人头部的运动节制子系统的布局框图如图3所示。

基于平面视觉的视觉信息处理系统采取了基于平面视觉的解决方案，经由过程参加了深度信息，使得方针的搜刮成果加倍精确。体系利用了美国SRI人工智能中间所开辟的一套高速的双目平面视觉体系SVS（smallvisionsystem）。

图象宰割是物体辨认的预处理阶段，是机器人视觉伺服系统的关键技术之一。该体系采取了基于颜色信息的阈值宰割方式。实际剖析跟试验成果皆评释，对统一颜色属性的物体，正在光源品种、照度、物体反射特性等分歧前提下，测得的RGB颜色值漫衍很疏散，很难肯定辨认RGB的阈值规模。而HSV模子更濒临人眼对颜色的感知，它将收罗的颜色信息分为色调、饱和度跟亮度三种属性量化，色调属性H能比力精确天反应颜色品种，对外界光照前提的变更敏感水平低，是以，HSV较之RGB更得当于用做辨认处置惩罚的根底。本文采取HSV模子作为颜色辨认处置惩罚的根底，拔取此中的参数H跟V作为辨认处置惩罚的判断根据。RGB空间中一点到HSV空间中一点的详细转化关联以下：

V=max，V′=min;

IfV=0orV=V′thenH=0，S=0;

Ifr=VthenH=;

Ifg=VthenH=2+;

Ifb=VthenH=4+，H=H×60;

IfH＜0thenH=H+360，S=/V

体系起首离线采样方针图象区域，将该部分彩色图像从RGB模子转化为HSV模子，对此中H、S两个份量离别作直方图，失掉选定区域的H、S阈值，这是一个离线的学

图4视觉处置惩罚流程图

习进程。正在随后的及时图像识别中，H、S阈值依据前一个视觉周期的彩色图像及时更新以顺应新的光照前提。

视觉处置惩罚体系的流程图如图4所示，体系利用摄像头去收罗图象，正在对图象停止一系列的预处理之后，对其停止区域分割，以失掉多个区域，再搜刮这些区域，依据已知方针特点找到方针所在的区域。若是找到，则节制机器人头部面向方针，同时更新方针的特点，以用来正在下次搜刮时利用，若是不找到相匹配的方针，则能够方针被临时潜藏或丧失，这时候起头下一次处置惩罚，以守候方针再次出现。

由于视觉处置惩罚体系处置惩罚的是上一个周期的图象，以是失掉的方针坐标也是上一个周期的坐标，若是用此标的目的坐标去作为运动节制的输入，则头部运动一直滞后一个周期。为了放慢体系的速率，本文采取了比例微分节制，系统地输入输出函数为：

Iα＋kd

Iβ＋kd

eα＝βk－βk’

式中Iα为正在t工夫上控制系统的输出;方针的标的目的坐标;该时辰两自由度机构的标的目的坐标;eα离别默示该时辰头部地位与方针地位之间的误差;kp跟kd离别为控制系统的比例系数跟微分系数。经由过程试验调节kp跟kd，kd＜＜kp，体系可以既有较下的反应速度，同时又存在稳定性。运动节制进程依据后面的叙述，计算机控制系统的事情进程是一个轮回的及时数据收罗，及时决议计划，实时控制的进程，正在本体系中，依据所选用器件的具体情况，假定对一切的节制环实现如许的一个轮回约莫须要m毫秒的工夫摆布。正在视觉信息处理系统中，处置惩罚一帧图象均匀须要n毫秒摆布的工夫，因为视觉处置惩罚跟运动节制使命的特色的分歧，n＞＞m，也就是说视觉处置惩罚的周期要远远大于运动节制的周期。正在一个视觉处置惩罚的周期内，体系可以实现多个节制周期的处置惩罚。是以正在一个视觉处置惩罚周期之后，体系该当做好下一个视觉处置惩罚周期以内的运动计划，也就是做好前面多个节制周期以内的运动计划，如许才气保障机器人的头部以平均、陡峭，同时又是精确的速率去跟踪目标。

控制系统软件流程如图5所示。

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正在每一个运动节制周期内，顺序皆起首要检查Memolink，看视觉信息处理系统是不是有新的处理结果经由过程Memolink传送到运动控制系统，若是不，顺序便依照预设的运动计划去节制机器人运动;如

图5机器人运动节制的软件流程

果有，顺序便先要依据视觉体系的处理结果去点窜运动计划。为了使机器人头部的运动安稳，咱们把每次预设的运动计划所计划的工夫定为略大于视觉处置惩罚的均匀周期，如许便可能保证系统正在每次新的视觉处理结果到来之时，原有的运动计划借不履行完。从而使只有方针正在不休运动，机器人头部便可以处于不休运动进程中，制止了机器人头部时转时停的景象。随后顺序离别读取计划跟反应，依据二者之差来求得节制量，再收回节制旌旗灯号，节制机器人头部的迁移转变。

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关于节制量的求法顺序采取了传统的PID算法，设t为第k个运动节制周期时辰，正在t工夫上，体系的输出量为Yk，运动计划的计划量为Xk，根据PID算法，正在t工夫上，体系的输出Yk＋1为

Yk＋1＝KP＋Ki∑＋Kd

上式中KP，Ki，Kd离别为比例系数，积分系数，微分系数。正在一个控制系统中，必然巨细积分系数可以使体系不残差，但会降低响应速度;而必然巨细的比例系数可以放慢体系的响应速度，并能依据输入的变更提早做出相应，但能够导致系统没有不变。是以正在成果可以接管的环境下，该当只利用比例系数，若是成果达不到要求再利用积分系数跟微分系数。

试验本体系中，视觉信息处理系统跟运动控制系统离别合用Windows跟RT-Linux作为软件开发平台。RT-Linux是实时操作系统，利用它可以知足运动节制的实时性，而Windows体系的壮大的多媒体功用使其成为图像处理的平台。视觉信息处理计算机的CPU为PⅣ2.4GB，内存512M;运动节制计算机的CPU为PⅢ700MHz，内存256M;Memolink是毗邻视觉处置惩罚体系与运动控制系统的桥梁，咱们选用的产物采取PCI接口，最大传输速率为1Mbytes/s。摄像头为SVS视觉处置惩罚体系，每秒钟采样15帧。

SVS视觉处置惩罚体系装置才2自由度的运动机构上，该机构正在2个自由度标的目的的运动足以使其指向任何标的目的，是以可以实现跟踪物体。BHR-1的头部的三维尺寸为宽19cm，下27cm，深19cm，重量2.8kg，以上数据包罗机器布局、轴承、机电、摄像机等。

应用该体系跟踪跟定位物体时，图象的处理速度为每秒钟10帧，视觉伺服周期为100ms摆布，运动控制系统的伺服周期是3ms，近距离的定位精度较下，最高精度为1m处3‰。图6为BHR-1的头部跟踪跟物体定位试验。为进一步验证本文提出的视觉定位与举措计划的方式的有效性，BHR-1体系实现了对物体的抓取实验，机器人手臂是存在7个自由度的机器人的右臂，试验进程中，视觉体系将方针物体的三维信息经由过程memolink传送给运动节制计算机，运动节制计算机依据下面提出的方式计划数据并实现抓取物体。结语本文给出了一种基于双目视觉的物体的跟踪跟定位计划。双目视觉用于获得方针物体的三维空间信息，实现物体的定位。这个体系采取了单计算机处置惩罚跟Memolink通信方法，两台计算机离别停止视觉信息处理跟运动节制，保障了体系存在较下的响应速度。

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