基于嵌入式的机器人视觉伺服寻迹系统研究

摘要

机器视觉和嵌入式系统是机器人领域研究的热点。随着计算机技术的发展,机器视觉在工农业生产和国防等领域已得到成功的应用。根据运行环境的不同,机器视觉系统可分为PC-BASED系统和PLC-BASED系统。由于这两种系统成本都相对较高、软硬件系统相对复杂、体积相对较大,因此,在应用中受到一定的限制。与此同时,面向基于32位单片机的嵌入式系统以其体积小,价格适中,运用灵活等优点在各领域得到广泛的应用。因此,如果能将机器视觉建立在嵌入式系统平台上,将极大地拓展机器视觉的应用范围,这就是本文研究的目的。机器人的智能控制是机器视觉的典型应用,我校参加全国大学生机器人电视大赛的实际需要是本课题的直接来源。
　　本课题是嵌入式系统与机器视觉的交叉选题,试图将机器视觉和嵌入式系统综合用于竞赛机器人的运动控制。为此构建了一个嵌入式机器人视觉伺服寻迹系统的平台,完成了相关的硬件和软件设计及制作,设计制作的试验平台能够动态的获取、处理和分析视频图像数据,将分析结果反馈于机器人本体驱动电机,实现机器人本体的自主动态寻迹,且其误差精度能得到很好的保证。
　　本论文主要围绕以下五个部分进行阐述:
　　(1)在论述嵌入式系统,机器视觉的特点与应用领域,发展历程趋势,以及与机器人技术关联基础上,引出本论文的背景、意义和主要研究内容。
　　(2)详细介绍设计的伺服系统的硬件组成,阐述有关核心部件如内控控制器和内存布局原理及其规划设计,NandFlash控制器原理及其规划设计,视频采集模块设计和电机驱动模块的设计。
　　(3)从嵌入式系统软件组成,即操作系统,支撑软件,应用软件三个方面进行展开就软件设计过程与实现给与详细的阐述,主要包括基于NandFlash的Bootloader设计,视频采集模块驱动和电机驱动程序编写,μC/OS-II与μCGUI整合与移植,任务优先级划定,界面窗口编写等。
　　(4)改进和提出两种基于灰度一维投影匹配的偏移量检测算法,并给出相应的MatLab仿真结果,对设计的轮式机器人本体试验平台的构成进行了简单的描述,并就两种算法在平台上的试验结果给予详细的讨论;
　　(5)对所做的研究工作进行了总结,对进课题不足及进一步的研究提出了展望。

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第一章 绪 论

§1.1 引言

§1.2嵌入式系统概述

§1.3 机器视觉概述

§1.4 课题的提出与意义

§1.5 全文的内容与结构

第二章 系统硬件设计

§2.1 系统总体结构

§2.2 系统核心模块

§2.3 视频数据采集模块

§2.4 电机驱动模块

§2.5 电源模块

§2.6 本章小结

第三章 系统软件设计

§3.1 嵌入式软件概念与特点

§3.2 嵌入式软件组成与策略

§3.3 操作系统层软件设计

§3.4支撑软件层软件设计

§3.5 应用软件层软件设计

§3.6本章小结

第四章 算法及实验研究

§4.1 视觉伺服流程

§4.2 图像匹配算法

§4.3角偏移控制算法

§4.4平移量控制算法

§4.5 试验结果及讨论

§4.6 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文成果

致谢