哈工大自控元件课设.ppt

视觉传感器 视觉传感器是整个机器视觉系统信息的直接来源，主要由一个或者两个图形传感器组成，有时还要配以光投射器及其他辅助设备。视觉传感器的主要功能是获取足够的机器视觉图像信息。 在这个系统中我们使用两类视觉传感器，一种固定在场地四个角落，用于全局观察场地内网球的散落情况，另一种固定在机器人上，用于在捡网球过程中对网球的精确观察，指导捡球装置的运行。 视觉传感器一 视觉传感器二 视觉传感器与FPGA的通讯 位于场边的四个摄像头要实时向FPGA传输图像信息，数据量大，且要求远距离无线传输，故可采用WiFi技术。Wi-Fi是一种可以将个人电脑、手持设备（如pad、手机）等终端以无线方式互相连接的技术，事实上它是一个高频无线电信号，传输速度非常快，可以达到54Mbps，符合这个智能机器人系统的需求，并且由于发射信号功率低于100mw，低于手机发射功率，所以WiFi也是最安全健康的。 图像识别及灰度处理 对于采集到的图像，我们进行灰度处理，其灰度范围为0——255，在图像处理中可以识别特定的灰度进行处理。进过matlab的简单的图像处理，得知网球在图片中的灰度介于45-65之间，编写程序，使灰度满足条件的像素点为1，其他为0，进行二值化处理，再确定物体的轮廓，即可知道网球的位置。这是对于外围场地四周的监视器得到的图像的处理过程，而对于在机器人上搭载的视觉传感器，可以通过上文所提到的识别图像与设定图像的对比得知网球的具体位置与数量，也可以使用上诉的监视器所得图像的处理算法处理图像，具体使用时因综合考虑，选取合适的算法。 超声波测距传感器 在机器人小车上我们需要探测需要避让的物体，这里我们使用超声波传感器进行检测，检测范围为1m，使用BANNER ENGINEERING T186UEQ超声波发生器与MULTICOMP MCUSR10P40B07RO超声波接收器。 发球装置 理论计算 发球装置的设计 电磁铁的选择 控制器的选择 在网球机器人这个系统里，控制器要接收视觉传感器和距离传感器发送来的信息，并对其作出处理，发送指令控制控制小车转向、行进及捡球，单片机难以胜任，故采用在图像处理领域广泛应用的FPGA，具体型号为：ALINX822。核心板主要由 FPGA+两片 DDR2 构成，承担视频图像处理的核心算法，充分利用了 FPGA 并行处理的能力，加上两片 DDR2 构建 32bit 总线，整个系统的带宽高达 10Gb/s；两片 DDR2 容量高达2Gbit，满足视频处理过程中对高缓冲区的需求。我们选用的 FPGA 为 ALTERA 公CYCLONE IV 系列的EP4CE30F23C6N 这款高速的 FPGA 芯片。我们选用 CYCLONE IV 系列中速度级别最高的 C6 级别，FPGA 和 DDR2 之间的时钟频率达到 200M，DDR2 内部 400M，充分满足了四路 1080p 视频处理的需求。 FPGA的供电 主程序：路径规划 子程序：收集网球 中断：避让障碍物 高度为30cm的声波测距传感器以1s的采样周期不断扫描四周，一单发现3m以内的障碍物，FPGA发出指令控制转向电机进行转向避让，驶离障碍物后，跳出中断程序，继续执行主程序。距离传感器采集的信号作为优先等级最高的中断信号，可以在任意时间打断主程序及子程序的运行，从而及时完成避让。 行进电机的选择 转向电机的选择 小车转向时车轮要克服摩擦力矩。此时的摩擦力按照滑动摩擦力来计算，小车质量为15kg，车轮与地面的滑动摩檫系数最大为0.9，假定车轮与地面接触面为一个半径为2cm的圆，那么摩擦力矩约为 。经过机械传动装置后，作用在电机上的力矩约为2 Nm，因此，我们仍然采用上海矩奉自动化有限公司生产的50SZD No.01直流伺服电机,并配备减速比为10：1的减速器。 机械铲 网球场服务机器人的一项基本功能就是捡球，所以在外部要设计一套机械臂铲组件，用以收集网球，过程中需要连杆机构给予推进，这样就需要电机给杆机构以驱动力。而这两项功能的实现都需要电机的驱动,考虑到直流伺服电机相比步进电机来说具有更优越的性能，因此我们仍然采用直流伺服电机来驱动小车的机械臂铲组件。机械臂铲的运动分为两部分。第一步，V字臂铲合拢，收集地面的小球。第二步，抬起臂铲，让小球滚入箱子。这两部分都分别需要一个电机。 机械铲中电机的选择 参考文献 哈尔滨工业大学 网球训练服务机器人 The design of service robot for tennis trainning Harbin Institute of Technology 答 辩 人：何太航 丁业峰 戴 明 指导教师：马广程 解伟男 总体架构 电机