基于嵌入式的视觉伺服循迹定位系统设计.doc

基于嵌入式的视觉伺服循迹定位系统设计
引言
为了推动我国机器人事业的发展，促进全国高校机器人技术的进步，中央电视台从2002年开始面向全国理工科大学举办“全国大学生机器人电视大赛”，从“抢登珠穆朗玛”到“搭建双子塔”，该赛事已经举办6次，纵观几次“全国大学生机器人大赛”的比赛场地，都是由2mm厚的聚乙烯基板铺设地面，同时地面铺设宽30mm的白色引导机器人进行定位。比赛机器人由自动机器人和手动机器人组成，自动机器人和手动机器人的最佳配合完成任务才能取得比赛的胜利，精确的定位是自动机器人完成任务的前提条件，这个定位属于室内定位范畴，并且精度要求比较高。用的较多的室内定位方法有惯性定位，视觉定位等两种方法，惯性定位的误差随着时间积累，不适合用于自动机人的反复执行任务的路径规划，视觉定位技术难度较大，故而几乎所有院校在机器人比赛时均是采用循线定位这种方法，寻迹定位方法在比赛过程中也表现出极高的定位精度。这种技术的核心是通过比较白色引导线和深色底板之间的反射光强的大小标定传感器偏离，融合多个被标定的多个传感器的信息决定机器人的位置[16]。然而当外部光照强度达到一定程度，其循线的可靠性极度的降低，甚至出现脱离轨迹的现象，同时每换一次比赛场地时，都需要作相应得调整，为此迫切需要一种对外部环境变化免疫的寻迹系统的出现。本文综合机器视觉与光敏阵列定位的优点，提出采用基于嵌入式的机器视觉实现循线定位的方法解决，实验结果表明该系统在可靠性与稳定性方面较光敏阵列定位方式有很大提高。
系统硬件设计
硬件系统有以下几个部分组成：核心模块，视频采集模块，电机驱动模块，电源模块和人机交互模块，其结构如图1所示，以下分别叙述。

核心板
视频采集模块
电机驱动模块
人机交互模块
电源模块

图 1 硬件系统结构
核心板采用外购件成品SBC2410，该核心板外围接口比较完备，包括一些常用的模块，如CPU,存储器，网卡，串口，USB，能满足设计需求，关于其具体资源这里不再单独介绍，下面主要介绍其余四个模块的具体实现。
视频采集模块由常见的CCD摄像头和视频采集卡VC302构成，视频采集卡将摄像头的视频模拟信号转换成数字信号，核心板经由总线访问视频采集卡的先进先出（FIFO）RAM读取图像数据。

本系统需要两种电电源，分别是5V，12V。5V电源用于核心板供电，12V电源给液晶屏和摄像头供电，这些电压由电源模块提供。

人机交互模块由键盘、8.4’’LCD和触摸屏模块组成。8.4’’LCD和触摸屏模块为购于FriendlyARM公司的成品，键盘为PC机通常使用的键盘。通过该部分模块可以与系统交互的设置参数。
系统软件设计

系统控制流程
摄像头
图像特征
模版特征
电机一
电机二
控制策略

特征匹配

实验研究