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基本信息
- 項目名稱：
- 基于視覺伺服控制的智能機器人設(shè)計與實現(xiàn)
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 運用機器視覺技術(shù)，對目標(biāo)體的進行學(xué)習(xí)，建立目標(biāo)體的多元目標(biāo)特征庫，機器人自動搜索目標(biāo)并實現(xiàn)對目標(biāo)體的操作，其研究內(nèi)容涉及圖像處理、機器視覺、控制理論、機器人學(xué)、運動學(xué)、動力學(xué)等多個學(xué)科領(lǐng)域，具有極大的挑戰(zhàn)性。 設(shè)計的基于視覺伺服控制的智能機器人，可廣泛運用于靜止、運動目標(biāo)體的自動跟蹤和識別場合，如：危險品自主搜索的排爆機器人、成熟果蔬識別采摘機器人，也可作為機器人控制的實驗教學(xué)工具。
- 詳細(xì)介紹：
- 本系統(tǒng)根據(jù)視覺伺服控制理論，在自主設(shè)計的機器人機械結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，通過對目標(biāo)模型學(xué)習(xí)以構(gòu)建目標(biāo)特征庫；設(shè)計匹配算法，對提取的目標(biāo)特征值與目標(biāo)特征庫的特征值進行匹配，完成目標(biāo)的空間定位；根據(jù)方位確定算法，確定機器人運動控制參數(shù)；按照運動控制算法，控制機器人完成目標(biāo)體的抓取。 采用雙微處理器控制系統(tǒng)，以基于ARM920T內(nèi)核的32位微處理器S3C2440A作為主控制器、Linux操作系統(tǒng)為軟件平臺，完成目標(biāo)特征庫的建立、圖像匹配的實現(xiàn)、目標(biāo)體空間坐標(biāo)的確定功能；以8位微處理器C8051F120為運動控制器，通過UART接口，接受目標(biāo)體空間定位參數(shù)，完成機器人的運動控制功能，實現(xiàn)對目標(biāo)體的抓取。系統(tǒng)通過測試，實現(xiàn)了對已學(xué)習(xí)目標(biāo)體的搜索和抓取功能，具有廣闊的應(yīng)用前景。本系統(tǒng)可拓展實現(xiàn)基于Internet網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸和遙控功能，其發(fā)展空間更為廣泛。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 作品設(shè)計的基本思路：本系統(tǒng)根據(jù)視覺伺服控制理論，在自主設(shè)計的機器人機械結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，通過對目標(biāo)模型學(xué)習(xí)以構(gòu)建目標(biāo)特征庫；設(shè)計匹配算法，對提取的目標(biāo)特征值與目標(biāo)特征庫的特征值進行匹配，完成目標(biāo)的空間定位；根據(jù)方位確定算法，確定機器人運動控制參數(shù)；按照運動控制算法，控制機器人完成目標(biāo)體的抓取。 采用雙微處理器控制系統(tǒng)，以基于ARM920T內(nèi)核的32位微處理器S3C2440A作為主控制器、Linux操作系統(tǒng)為軟件平臺，完成目標(biāo)特征庫的建立、圖像匹配的實現(xiàn)、目標(biāo)體空間坐標(biāo)的確定功能；以8位微處理器C8051F120為運動控制器，通過UART接口，接受目標(biāo)體空間定位參數(shù)，完成機器人的運動控制功能，實現(xiàn)對目標(biāo)體的抓取。 作品的創(chuàng)新點： 1、通過對目標(biāo)模型學(xué)習(xí)，構(gòu)建目標(biāo)特征庫。 2、設(shè)計匹配算法，通過對目標(biāo)的特征進行提取，并與目標(biāo) 特征庫的特征值進行匹配，完成目標(biāo)的定位。 3、設(shè)計方位確定算法，通過視覺定位，確定機器人運動控 制參數(shù)。 4、設(shè)計運動控制算法，控制機器人完成目標(biāo)體的抓取。 作品的技術(shù)關(guān)鍵： 1、目標(biāo)特征庫的建立。 2、匹配算法的設(shè)計與實現(xiàn)。 3、方位確定算法的設(shè)計與實現(xiàn)。 4、運動控制算法的設(shè)計與實現(xiàn)。 作品的技術(shù)指標(biāo)： 1、標(biāo)的識別、定位、抓取范圍<=50m2 2、抓取重量<=200g 3、前端抓取距離<=20cm
科學(xué)性、先進性
- 1科學(xué)性 本設(shè)計采用的是基于圖像的視覺伺服控制系統(tǒng)，該控制方式直接以圖像特征作為反饋信息,不需要進行位姿估計?；趫D像的視覺伺服控制比基于位置的跟蹤能力更好，可以很好實現(xiàn)對目標(biāo)的抓取。對目標(biāo)位置的確定和目標(biāo)抓取過程中采用了雙CPU控制系統(tǒng)。當(dāng)攝像頭識別到目標(biāo)時，利用算法計算出目標(biāo)在空間坐標(biāo)中的位置；通過ARM板將空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)化成機械臂各關(guān)節(jié)需要轉(zhuǎn)動的角度，并將此角度發(fā)給C8051F120單片機；最后C8051F120單片機控制電機驅(qū)動機器臂，實現(xiàn)對目標(biāo)的抓取。 2先進性 1) 采用單個攝像機標(biāo)定與無標(biāo)定方法相結(jié)合的目標(biāo)體定位思想。 2) 通過對目標(biāo)模型學(xué)習(xí)構(gòu)建目標(biāo)特征庫。 2) 通過匹配算法實現(xiàn)對目標(biāo)的特征的提取，并與目標(biāo)特征庫值進行匹配，完成目標(biāo)體的定位。 4) 通過方位確定算法，確定機器人運動控制參數(shù)。 5) 基于圖像的視覺伺服，直接以圖像特征作為反饋信息,不需要進行位姿估計，并且基于圖像的視覺伺服控制比基于位置的跟蹤能力更好，可以很好實現(xiàn)對目標(biāo)的抓取。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 2011年5月在合肥學(xué)院挑戰(zhàn)杯課外學(xué)術(shù)作品展示
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實物 、圖紙 、現(xiàn)場演示 、圖片
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 該作品設(shè)計實現(xiàn)基于視覺伺服控制的智能機器人，在自主設(shè)計的機器人機械結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，采用基于 ARM9核的32位微處理器S3C2440+8位微處理器C8051F120作為系統(tǒng)的控制核心，通過攝像頭采集目標(biāo)物體的圖像信息，設(shè)計實現(xiàn)了目標(biāo)特征庫、目標(biāo)匹配算法、目標(biāo)方位確定算法以及機器人運動控制控制算法，實現(xiàn)目標(biāo)體的抓取。 設(shè)計的基于視覺伺服控制的智能機器人，可廣泛運用于靜止、運動目標(biāo)體的自動跟蹤和識別場合，如：危險品自主搜索的排爆機器人、危險環(huán)境中目標(biāo)搜尋的搶險機器人、成熟果蔬識別采摘機器人、智能家政服務(wù)機器人等，也可作為機器人控制的實驗教學(xué)工具。 推廣前景：我們設(shè)計的基于視覺伺服控制的智能機器人，具有通過學(xué)習(xí)、建立目標(biāo)庫、自主搜索目標(biāo)并完成操作的功能，在公共安全、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、機器人家政服務(wù)等領(lǐng)域具有很好的推廣前景
同類課題研究水平概述
- 1國外研究狀況 現(xiàn)代機器人的研究始于20世紀(jì)中期。世界發(fā)達國家美國、俄羅斯、日本、法國、德國等國家對于機器人的研究發(fā)展非常迅速，機器人的智能控制在理論和應(yīng)用方面都有較大的進展。 日本因為勞動力顯著不足，機器人的研究得到了日本政府在經(jīng)濟和技術(shù)上面的支持，目前日本機器人已經(jīng)成為繼美國和德國的之后的機器人王國。日本研制的ASIMO智能機器人能夠通過設(shè)計一套計算機程序，使得其能夠同時聆聽并領(lǐng)會三個人說話的意思。2004年，日本的商業(yè)設(shè)計實驗室利用圖像處理技術(shù)，研制出“凱蒂貓”智能機器人，該機器人用內(nèi)置照相機對人拍照，然后將圖片信息儲存于“大腦”芯片中進行比對可以識別出人的面部特征。 此外，智能機器人這一概念的提出不但指導(dǎo)了機器人技術(shù)的研究和應(yīng)用，而且又賦予了機器人技術(shù)向深廣發(fā)展的巨大空間，水下機器人、空間機器人、空中機器人、地面機器人、微小型機器人等各種用途的機器人相繼問世，許多夢想成為了現(xiàn)實。 2國內(nèi)研究狀況 我國的機器人研究開始于70年代，從90年代開始，機器人在中國開始普及，開發(fā)了噴漆機器人，電弧焊機器人，搬運機器人和裝配機器人等，并在汽車、貨運、焊接和礦山施工等領(lǐng)域得到很好的應(yīng)用。1990年，國防科技大學(xué)軍用機器人實驗室在智能機器人主題的支持下，成功研制出我國第一臺兩足步行機器人，并且在此基礎(chǔ)上研制出我國第一臺仿人形機器人，實現(xiàn)了我國機器人技術(shù)的重大突破，在機構(gòu)設(shè)計、控制器先進算法研究、步態(tài)平衡控制與運動協(xié)調(diào)、環(huán)境信息實時采集與處理、行走性能，以及實驗效果等單項技術(shù)方面，擁有自主創(chuàng)新的關(guān)鍵技術(shù)，達到世界先進水平。雖然國內(nèi)外學(xué)者在智能視覺機器人系統(tǒng)的理論研究及實現(xiàn)方面己經(jīng)進行了大量、深入的研究，并取得了令人矚目的成果，某些帶有視覺的智能機器人系統(tǒng)己接近實用化。但是，由于實際問題的復(fù)雜性，視覺控制算法有待進一步研究，具體實現(xiàn)過程中仍存在視覺信息處理瓶頸、適用范圍窄等實際問題。尤其在國內(nèi)，機器人視覺伺服方法的研究起步較晚，大約九十年代初，我國清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等高校和科研院所開始研制自己的機器人視覺系統(tǒng)，但都處于實驗室研究階段，距離實際應(yīng)用階段還有一定距離。目前工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的機器人視覺系統(tǒng)仍處于專用的簡易視覺系統(tǒng)，通過簡單的圖像特征提取、模板匹配完成二維目標(biāo)識別、定位或跟蹤等視覺任務(wù)，復(fù)雜的三維視覺系統(tǒng)仍處于開發(fā)階段。
