大學本科畢業(yè)論文范文 探測機器人視覺隨動系統(tǒng)

1、<p>　　**大學本科學生畢業(yè)設(shè)計（論文）</p><p>　　探測機器人視覺隨動系統(tǒng)</p><p><b>　　的軟件設(shè)計</b></p><p><b>　　學 生：xx</b></p><p><b>　　學 號：xx</b></p>

2、<p><b>　　指導教師：xx</b></p><p><b>　　專 業(yè)：xx</b></p><p><b>　　**大學自動化學院</b></p><p><b>　　二O 年六月</b></p><p>　　Graduat

3、ion Design(Thesis) of Chongqing University</p><p>　　The Software Design of Dynamic System </p><p>　　of Detection Robot</p><p>　　Undergraduate: Xia Xiaodong</p><p>　　Sup

4、ervisor: Assit-Prof. Xie Zhaoli</p><p>　　Major: Automation</p><p>　　College of Automation </p><p>　　Chongqing University</p><p><b>　　June 2008</b></p>

5、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　目前機器人越來越多的應(yīng)用于非制造業(yè)，與制造業(yè)相比，其主要特點是工作環(huán)境的非結(jié)構(gòu)化和不確定性，這對機器人提出了更高的要求，需要機器人具備行走功能、對外感知能力以及局部的自主規(guī)劃能力等。因此，對探測移動機器人的研究正成為一個重要的熱點。</p><p>　　探測移動機器人能夠按照存儲在其內(nèi)部的地圖

6、信息，或根據(jù)外部環(huán)境所提供的一些引導信號(即通過對環(huán)境的實時探測所獲得的信息) 規(guī)劃出一條路徑，在沒有人工干預的情況下完成目標任務(wù)。</p><p>　　針對以上特點，本文設(shè)計了探測機器人的視覺隨動機構(gòu)，并基于DSP對視覺隨動系統(tǒng)進行了軟件設(shè)計。</p><p>　　前期工作中，主要進行器件選型、分析、選購工作，包括CCD傳感器、DSP、U形架和伺服馬達。以此為基礎(chǔ)，設(shè)計出探測機器人的視覺

7、隨動機構(gòu)。CCD器件的靈敏度很高 ,光譜敏感波段也很寬,把光學圖像轉(zhuǎn)換成電信號輸出,經(jīng)圖象采集卡處理得到數(shù)字視頻信號，DSP控制器對其進行運算、處理，產(chǎn)生相應(yīng)PWM波，對伺服馬達進行控制，帶動視覺機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)。通過軟件設(shè)計，實現(xiàn)視覺系統(tǒng)的隨動控制。</p><p>　　最后，通過系統(tǒng)調(diào)試，改進了一系列的問題，實現(xiàn)了對視覺傳感器的很好的隨動控制。</p><p>　　關(guān)鍵詞：探測機器人，視覺隨

8、動系統(tǒng)，DSP，伺服馬達，軟件設(shè)計</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Currently there is an increasing number of robots used in non-manufacturing sector.Compared to the manufacturing sector, its main

9、feature is the unstructured work environment and uncertainty.This put forward higher requirements on robots.so,Robots need to have the walking function, the external perception and the ability of local autonomy, such as

10、planning capacity.Therefore, the detection of mobile robot is becoming a major hot spots.</p><p>　　The mobile-detect robot is able to Plan a way according to the map information stored in itself or based on

11、 the external environment provided by some guidance signals and complete tasks in the absence of intervention of hunman beings.</p><p>　　For the above characteristics, this paper will design the visual dynam

12、ic exploration of robot , and the DSP-based visual servo control of the software design.</p><p>　　The Preparatory work is mainly for device selection, analysis, purchasing, including CCD sensors, DSP, U-shap

13、ed frame and servo motors.On this basis, designed to detect the robot with the dynamic visual body.the device of CCD has high sensitivity , the spectrum is also sensitive to a wide-band.change The optical image electrica

14、l signals output.though the processing of the image acquisition card ,digital video signal , DSP controller process and operate on it to produce PWM wave.The servo motor </p><p>　　Finally, the system debug

15、and improve a series of issue and the realization of the vision sensor with a good dynamic control.</p><p>　　Key words：Detecting robot,With vision system ,DSP, Servo Motors，The software design</p><

16、;p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1 引言</b></p><p>　　眾所周知，惡劣環(huán)境下的人工作業(yè)是很危險的，比如：煤礦井下容易發(fā)生塌方、透水等事故，管道的檢測維修難度極大。若以探測機器人來代替人工作業(yè)，不但能提高安全性，降低勞動強度，而且能提高經(jīng)濟效益，給人類社會帶來極大的方便；此外，若探測機器人能

17、夠獲得全方位的視野，將會極大地提高作業(yè)的效率。</p><p>　　1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　探測機器人作為機器人學中的一個重要分支，早在60年代，工程界就開始了探測機器人的研究，其發(fā)展經(jīng)歷了一個較長的歷程。1962年，美國、英國、日本的一些實驗室等研究機構(gòu)進入這一領(lǐng)域，八十年代，國外掀起了智能機器人研究熱潮，而且發(fā)展迅速，不少研究機構(gòu)取得了很多有意義的研究成果，其中較為

18、著名的有美國標準與技術(shù)研究院、卡內(nèi)基-梅隆大學、日本的Tsugawa[1]。九十年代，主要研究熱點是將各種控制方法應(yīng)用到智能移動探測機器人的控制。典型的機器人有美國JPL研發(fā)的Athena、微型火星車Nanorover，卡內(nèi)基-梅隆研發(fā)的Nomad移動機器人。</p><p>　　我國政府非常重視機器人技術(shù)，從國家863計劃實施之初到現(xiàn)在一直將機器人技術(shù)列為重點支持方向?！笆濉逼陂g，國家863計劃機器人技術(shù)主題

19、重點支持了數(shù)控、工程機械、盾構(gòu)、生產(chǎn)線、水下載人潛器、危險作業(yè)機器人、醫(yī)療機器人和仿人仿生機器人等，較為全面對路徑規(guī)劃、視覺導航、信息融合、自動駕駛等一些基本的智能機器人技術(shù)做了探索。</p><p>　　幾十年來世界機器人的研究發(fā)展相當迅速，取得了相當多的成果值[2]。 </p><p>　　1997年，卡內(nèi)基－梅隆大學機器人研究所在智利阿特卡馬沙漠上的測試了他們研究的“流浪者”（nom

20、ad）號機器人。阿特卡馬沙漠的環(huán)境類似于月球和火星的表面，測試行程220km，在其行程中既有自主控制又有幾千千米以外的人工遙控，測試中還包括車體在復雜地形上的行駛能力測試。其驅(qū)動結(jié)構(gòu)、通信、傳感器的設(shè)計都比較有創(chuàng)意，可以為設(shè)計月球車提供參考。</p><p>　　2003年7月，日本東京大學和三井造船公司公開了新研制的海底探測機器人。這種機器人的潛水深度可達4000米，其搭載的探測裝置能夠準確把握周圍狀況，前方若

21、出現(xiàn)障礙物，它搭載的計算機會準確作出判斷，操縱機器人自動繞開，到達指定目的地之后，航行誤差僅為約30米。新型海底探測機器人靠傳感器檢測水溫、水中的渾濁度等，并能自主地收集數(shù)據(jù)，可用于探測噴涌熱水的海底火山、沉船、海底礦產(chǎn)資源和生物等。2004年5月它被用于探測到地球上最深的海溝—馬里亞納海溝。</p><p>　　今年3月，首期投資100萬,由甘肅長城水下高技術(shù)有奶公司研發(fā)的三位智能機器人在甘肅蘭州宣告誕生，三兄

22、弟分別是“水下綜合探測機器人”，“水下清刷機器人”和代號為GNOM的小型機器人。這三位機器人的誕生使我國告別了沒有同類機器人的空白，其中水下綜合探測機器人和水下清刷機器人在國內(nèi)外都是“獨生子”，而小型機器人則是引進國外技術(shù)合作的結(jié)晶。他們集“聲成像”等高尖端技術(shù)于一身，在水下各具其能，能夠完成人所無法完成的水下作業(yè)，且不受天氣和環(huán)境影響，具有工作效率高，費用成本低的明顯優(yōu)勢。</p><p>　　1.3 課題的目

23、的和意義</p><p>　　在當代工業(yè)生產(chǎn)中，存在著大量環(huán)境復雜的高危工種。如煤礦、管道、排爆等，對工作人員的生命安全構(gòu)成了嚴重的威脅。移動探測機器人的研究為惡劣環(huán)境下的人工作業(yè)帶來了希望，提高了安全性，同時降低了勞動強度 [3] 。隨著現(xiàn)代計算機技術(shù)、傳感器技術(shù)以及信息處理技術(shù)的發(fā)展，探測機器人的應(yīng)用范圍已不僅僅局限于危險區(qū)域。農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、空間探測等，也大量出現(xiàn)了探測機器人的身影。</p>&l

24、t;p>　　探測機器人要實現(xiàn)在未知和不確定環(huán)境下運行，必須具備自動導航和避障功能[4]。視覺隨動系統(tǒng)是探測機器人的關(guān)鍵部分，它通過對未知環(huán)境的感知，自動探測搜索目標，并且能成功的避開障礙物，快速準確平穩(wěn)的到達目的地，作出相應(yīng)的決策。本課題研究目的是：一，設(shè)計探索機器人視覺隨動系統(tǒng)；二，控制機器人主動感知環(huán)境，尋找目標和障礙物，為決策提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。</p><p>　　1.4 課題的研究內(nèi)容</p>

25、;<p>　　本課題的任務(wù)是設(shè)計視覺隨動機構(gòu)并通過軟件設(shè)計對視覺傳感器進行隨動控制。由于視覺隨動機構(gòu)對系統(tǒng)影響很大，因此要求它緊湊、可靠、穩(wěn)定性高；另外用軟件算法控制伺服馬達達到對視覺傳感器的控制。</p><p>　　為了設(shè)計機器人視覺隨動機構(gòu)，首先要選購伺服馬達，確定伺服馬達參數(shù)。機器人機電控制系統(tǒng)中，伺服馬達控制效果是性能的重要影響因素。伺服馬達可以 在微機電系統(tǒng)和航模中作為基本的輸出執(zhí)行機構(gòu)

26、，其簡單的控制和輸出使得DSP控制器系統(tǒng)非常容易與之接口?；谒欧R達，可以設(shè)計一個視覺隨動機械結(jié)構(gòu)，包括一個可靠性高、穩(wěn)定的攝像頭支架。</p><p><b>　　1.5 本章小結(jié)</b></p><p>　　探測機器人作為智能機器人的一個分支，在現(xiàn)代人類社會的生產(chǎn)中的作用越來越大，已經(jīng)滲透到了很多重要的領(lǐng)域，是目前國內(nèi)外機器人研究的一個重點和熱點。幾十年來其發(fā)展

27、非常迅速，取得相當多有意義的成果。本章詳細介紹了國內(nèi)外探測機器人的研究現(xiàn)狀，并舉出了一些具有代表性的成果，如卡內(nèi)基－梅隆大學機器人研究所研究的“流浪者”（nomad）號機器人。本章重點介紹了本課題的研究目的、意義及研究內(nèi)容。眾所周知，在諸如地下礦井、管道和排爆等高危場所進行人工作業(yè)，隨時都可能給施工人員帶來生命威脅。因此，用機器人代替人類在這些環(huán)境里工作，將給人類帶來希望。機器人要在這些非結(jié)構(gòu)化的環(huán)境里工作，必須具備自動導航和避障功能，

28、視覺隨動系統(tǒng)是其中的關(guān)鍵部分。本課題研究內(nèi)容就是設(shè)計探索機器人視覺隨動機構(gòu)，并設(shè)計軟件算法對視覺傳感器進行隨動控制。</p><p>　　2 視覺隨動系統(tǒng)簡介</p><p><b>　　2.1 視覺機構(gòu)</b></p><p><b>　　2.1.1攝像機</b></p><p>　　攝像機是產(chǎn)生

29、圖象信號的部件，也是探測機器人視覺系統(tǒng)的重要組成部分。攝像機由光學鏡頭、攝像元件、視頻放大及同步掃描電路、光強控制等部件組成 [5] 。前方景物經(jīng)光學鏡頭生成光學圖像, 攝像元件的感光表面能按照光學像上各點照度的不同產(chǎn)生相應(yīng)數(shù)量的電荷, 同步掃描電路則按一定順序把這些電荷取出成為電信號--視頻信號, 經(jīng)視頻放大器放大并加入規(guī)定的同步信號后輸出。下面我們詳細分析攝像機的組成部件。</p><p>　　光學鏡頭的作用

30、是產(chǎn)生景物的光學像, 并把它投射在攝像器件的感光表面上。光學鏡頭可分為定焦鏡頭與變焦鏡頭。在變焦鏡頭中又有連續(xù)變焦與不連續(xù)變焦之分, 后者實際是幾個焦距不同的定焦鏡頭的組合,其某些光學零件相互共用。 變焦鏡頭的最長焦距與最短焦距之比,叫做變焦比或變倍比,一般在4 至12 之間。光學鏡頭的重要技術(shù)參數(shù)是焦距和相對孔徑。對于一定尺寸的攝像元件而言, 光學鏡頭的焦距決定了電視攝像機的視場大??；攝像鏡頭的另一個重要參數(shù)是入瞳直徑D與焦距f之比D

31、/f , 叫做相對孔徑;而F/D通常叫做F數(shù)。它對靶面上像的照度有重要影響。</p><p>　　攝像器件的作用是把光學圖像轉(zhuǎn)換成電信號輸出。CCD與CMOS傳感器是當前被普遍采用的兩種圖像傳感器，兩者都是利用感光二極管(photodiode)進行光電轉(zhuǎn)換，將圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字數(shù)據(jù)。CMOS工藝是超大規(guī)模集成電路的主流工藝 [6] ,集成度高，可以根據(jù)需要將多種功能集成在一塊芯片上。CMOS圖像傳感器包括圖像陣列邏輯

32、寄存器、存儲器、定時脈沖發(fā)生器和轉(zhuǎn)換器在內(nèi)的全部系統(tǒng)。70 年代出現(xiàn)了電荷耦合器件( CCD器件),它是一種半導體固體成像器件。這種器件的感光表面是用半導體材料做成的許多敏感單元組成的陣列,當光學像投射到感光表面時,對應(yīng)于像上各點的不同照度在陣列的各敏感單元中產(chǎn)生不同數(shù)量的電荷(載流子),然后外電路按一定時間順序從陣列邊緣取出各敏感單元的電荷,就得到對應(yīng)于光學圖像的視頻信號。</p><p>　　攝像器件的幾個主

33、要參數(shù)是：響應(yīng)度,信噪比,惰性,分辨力。響應(yīng)度又叫做靈敏度,是輸出的光電流與輸入的光通量之比, 單位是微安/流明。信噪比(S/N)是圖像信號的峰值電平Usp與雜波有效值Un之比, 單位用分貝(DB)。惰性又叫做滯后,是指當光照停止后光電流并不立即消失的現(xiàn)象。在看電視時有時看到在一個移動的亮物體圖像后面拖著一個亮“尾巴”就是這種惰性的反映。惰性的大小用光照停止后第三(電視)場剩余信號電流與光照停止前的信號電流之比值表示。而分辨力是攝像器件

34、分解圖像細節(jié)的能力。</p><p>　　CCD與CMOS二者主要差異是數(shù)字數(shù)據(jù)傳送的方式不同，因此在效能與應(yīng)用上也有諸多差異。在靈敏度、成本、分辨率、噪聲控制等方面，CCD傳感器都優(yōu)于CMOS傳感器。而且CCD器件光譜敏感波段也很寬,可達近紅外波段,特別是體積小,耐沖擊振動,已逐漸占據(jù)了市場。本課題選用了CCD傳感器。</p><p>　　光強控制部件的作用是使由光學鏡頭產(chǎn)生的光學像的照

35、度保持在攝像器件正常工作所需的范圍內(nèi)。自然景物所受的光照變化是很大的, 正午時地面照度可達到 100000 (勒克斯),而太陽剛剛落下地平線時約為100 (勒克斯)。攝像器件要在適當照度的光學像下工作才能正確反映景物亮暗層次,輸出滿意的圖像信號。改變像的照度可以從兩方面入手；一是改變光學鏡頭的相對孔徑(D/f),即入瞳直徑D與焦距f 之比；二是改變透光率。</p><p>　　2.1.2視頻輸入處理器SAA711

36、1</p><p>　　攝像機輸出的是模擬視頻信號，所以必須對它進行分析和處理。隨著計算機多媒體應(yīng)用領(lǐng)域日益廣闊，技術(shù)日新月異，各種軟件和硬件層出不窮。而作為圖象多媒體不可或缺的重要組成部分，視頻輸入處理變得異常重要。各半導體芯片生產(chǎn)廠家不斷創(chuàng)新、改進，力求通過簡單的操作達到完美的效果，使視頻輸入處理功能不斷完善，給圖象多媒體的后期操作帶來更多的方便。著名的半導體公司Phillps提供的基于PC機作為平臺的可編程

37、視頻輸入處理芯片SAA7l11，正是為滿足這一需要而出現(xiàn)的。它采用CMOS工藝，通過簡單的I2C總線與PC機接口。內(nèi)部包含兩路模擬處理通道，能實現(xiàn)視頻源的選擇、抗混疊（去假頻)濾波、模數(shù)變換、自動嵌位、自動增益控制、時鐘產(chǎn)生、多制式(PAL BGHI，PALM，PALN，NTSCM和NTSCN)解碼及亮度、對比度和飽和度控制。可為視頻桌面系統(tǒng)、圖象多媒體、數(shù)字電視、圖象處理、視頻電話等的應(yīng)用提供極大方便。</p><

38、p>　　SAA7111是以PC機作為平臺的，其所有的可編程功能是通過I2C總線對內(nèi)部的32個寄存器相應(yīng)的控制位置相應(yīng)的數(shù)值來完成的。有以下主要特點：</p><p>　?。?）可編程選擇四路視頻輸入中的一路或兩路組成不同的工作模式，在其內(nèi)部有兩路模擬視頻信號處理通道，可進行靜態(tài)增益控制或自動增益控制兩路8位的模數(shù)轉(zhuǎn)換；</p><p>　?。?）可對芯片編程進行白電平控制、抗混疊濾波

39、、梳狀濾波；</p><p>　　（3）能實現(xiàn)行場同步信號的自動檢測和分離，并且行同步信號的起始位置與結(jié)束位置均可根據(jù)需要進行編程控制，片內(nèi)產(chǎn)生的時鐘通過數(shù)字PLL鎖定行同步；</p><p>　?。?）場頻50Hz或60Hz自動檢測，并自動在PAL和NTSC之間自動切換，并能對不同輸入制式的亮度信號和色度信號進行處理，并實現(xiàn)亮度、色度和飽和度的片內(nèi)控制；</p><p

40、>　　（5）可方便使用不同的數(shù)字圖象數(shù)據(jù)輸出格式 [7]。</p><p>　　SAA7111的功能方框圖如圖2.1所示[8]。SAA7111有四條視頻信號輸入引腳AI11、AI12、AI21、AI22。當視頻信號從某一引腳進入之后，首先進行模擬處理，然后通過緩沖器輸出一路到AOUT端用于監(jiān)視，另路經(jīng)A/D后產(chǎn)生數(shù)字色度信號和亮度信號分別對其進行處理。經(jīng)過處理后的亮度信號一路送到色度信號處理電路經(jīng)過綜合處理

41、后產(chǎn)生Y、u、V信號，再經(jīng)過格式化后從16位的VPO輸出；另一路進入同步分離電路．并經(jīng)數(shù)字PLL產(chǎn)生行、場同步信號HS和VS，同時PLL驅(qū)動時鐘發(fā)生電路以產(chǎn)生與HS鎖定的時鐘信號LLC和LLC2。色度信號處理電路的工作過程通常是：從A/D出來的8位數(shù)字色度信號被送入平方解碼器，在此利用了兩個副載波信號，其中副載波信號的相位與解碼器成0o或90o的關(guān)系，頻率由當前所輸入視頻信號的色彩制式所決定。從平方解碼器出來的色差信號經(jīng)過一個低通濾波器

42、后便可獲得所需帶寬的色差信號。而后色差信號再被送入亮度、對比度和飽和度控制電路以完成如下功能：</p><p><b>　　(1)AGC；</b></p><p>　　(2)色度信號幅度匹配；</p><p>　　(3)亮度、對比度、飽和度控制；</p><p>　　(4)將YUV限制在1～244范圍內(nèi)。</p&g

43、t;<p>　　Y信號也被送到色度信號處理器，經(jīng)過延時補償與梳狀濾波后的uV信號一起進入RGB變換矩陣以產(chǎn)生RGB信號，然后通過格式選擇器由VPO輸出。該信號有多種輸出格式可供選擇。</p><p>　　亮度信號處理電路的工作過程是這樣的：8位亮度信號(CVBS、S—VHS、HI8格式)送到一個可切換的預濾波器進行高頻成分的損失補償，然后再送到中心頻率為F=4.43MHz或3.58MHz的色度信號陷

44、波器中，以最大程度地減弱色載波信號(對S一VHS、HI8格式，它必須是旁通的)，最后再經(jīng)可變帶寬濾波和匹配放大后進行疊加以產(chǎn)生Y信號供上面的色度信號處理使用。</p><p>　　圖2.1 SAA7111的功能方框圖</p><p>　　初始化主要通過I2C總線接口來完成 [9] 。I2C總線由串行數(shù)據(jù)線(SDA)和串行時鐘線(SCL)組成，通信時，所有具備I2C總線接口的器件都連接到這兩

45、根線上，而且既可以發(fā)送數(shù)據(jù)也可以接收數(shù)據(jù)，但任意時刻只能有一個主控器件進行I2C總線的控制，其他器件都為被控器件，它們分時占用總線。I2C總線的數(shù)據(jù)傳送由主器件控制。首先由主器件發(fā)出開始信號S，表示開始啟動數(shù)據(jù)傳輸。當SCL為高電平時，如果出現(xiàn)SDA的電平由高變低則視為S信號，然后主器件發(fā)送從器件的7位地址和讀位R/W ，接著主器件將接收從器件的應(yīng)答信號，如果收到正確的ACK，則進行數(shù)據(jù)的傳送。數(shù)據(jù)傳送的方向由讀寫位R/W的值確定，而且

46、數(shù)據(jù)傳送為8位，高位在前，低位在后。不管是發(fā)送數(shù)據(jù)還是接收數(shù)據(jù)，在傳送完8位數(shù)據(jù)后，必須由接收數(shù)據(jù)的器件在SDA上發(fā)一個應(yīng)答信號。最后當全部數(shù)據(jù)傳送完后，由主器件產(chǎn)生停止信號P，表示總線傳送結(jié)束。SCL線為高，SDA線由低電平變高電平時，視為停止信號P。由上可知，I2C總線數(shù)據(jù)傳輸采用了應(yīng)答式的工作方式：即發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)后由接收方發(fā)送是否正確接收的應(yīng)答信號，發(fā)送方以此作為是否繼續(xù)進行數(shù)據(jù)傳送的判斷依據(jù)。</p><p

47、><b>　　2.2 隨動機構(gòu)</b></p><p>　　為了使攝像頭自動跟蹤目標及擴大感知范圍，要求視覺系統(tǒng)一定要有隨動性，即要實現(xiàn)視覺傳感器的水平和俯仰運動。本課題中我們基于伺服馬達設(shè)計了隨動機構(gòu)，在此基礎(chǔ)上對視覺系統(tǒng)實現(xiàn)隨動控制。下圖2.2是隨動機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖：</p><p>　　圖2.2 隨動機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　

48、　伺服馬達是一種位置（角度）伺服的驅(qū)動器，適用于那些需要角度不斷變化并可以保持的控制系統(tǒng)[10]。高檔玩具如航模，包括飛機模型，潛艇模型；遙控機器人中已經(jīng)使用得比較普遍。舵機是一種俗稱，其實是一種伺服馬達。</p><p>　　標準的微型伺服馬達有三條控制線，分別為：電源、地及控制。電源線與地線用于提供內(nèi)部的直流馬達及控制線路所需的能源，電壓通常介于4V—6V之間，該電源應(yīng)盡可能與處理系統(tǒng)的電源隔離（因為伺服馬達

49、會產(chǎn)生噪音）。</p><p>　　它的內(nèi)部包括了一個小型直流馬達；一組變速齒輪組；一個反饋可調(diào)電位器；及一塊電子控制板。其中，高速轉(zhuǎn)動的直流馬達提供了原始動力，帶動變速（減速）齒輪組，使之產(chǎn)生高扭力的輸出，齒輪組的變速比愈大，伺服馬達的輸出扭力也愈大，也就是說越能承受更大的重量，但轉(zhuǎn)動的速度也愈低。 </p><p>　　減速齒輪組由馬達驅(qū)動，其終端（輸出端）帶動一個線性的比例電位器作位

50、置檢測，該電位器把轉(zhuǎn)角坐標轉(zhuǎn)換為一比例電壓反饋給控制線路板，控制線路板將其與輸入的控制脈沖信號比較，產(chǎn)生糾正脈沖，并驅(qū)動馬達正向或反向地轉(zhuǎn)動，使齒輪組的輸出位置與期望值相符，令糾正脈沖趨于為0，從而達到使伺服馬達精確定位的目的。下面是一個微型伺服馬達的實物圖：</p><p>　　圖2.3微型伺服馬達的實物圖</p><p>　　伺服馬達（舵機）的基本工作原理是將來自接收機的遙控脈沖信號，

51、經(jīng)過驅(qū)動電路驅(qū)動馬達的旋轉(zhuǎn)，從而轉(zhuǎn)換成機械動作，馬達根據(jù)脈沖信號決定轉(zhuǎn)動的方向和動作量來驅(qū)動齒輪組，最終獲得要求的動作。它又分為數(shù)字伺服器和模擬伺服器。</p><p>　　傳統(tǒng)的模擬伺服器，有專有的邏輯芯片和定時裝置，以及標準的30芯導線。數(shù)字舵機，有以石英晶體控制的微處理器，F(xiàn)ET放大器（場效應(yīng)管），和能承受更大功率的50芯導線。其實在微處理器以外二者并沒有什么分別，它們有著相同的馬達、齒輪和外殼、同樣的反饋

52、電位器，看起來極其相似。所謂的數(shù)字伺服器和常規(guī)伺服器的最大差別是在驅(qū)動電路板上。數(shù)字伺服器是先將接收機輸出的模擬脈沖信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，在把控制信號傳送給馬達放大電路時，還得將數(shù)字信號再轉(zhuǎn)換成模擬脈沖信號，由該模擬脈沖信號控制末級電流的導通，驅(qū)動馬達旋轉(zhuǎn)，唯一有不同的地方是在輸出電流中疊加了數(shù)字脈沖，以增加扭力。</p><p>　　數(shù)字伺服器比傳統(tǒng)的模擬伺服器，即使是使用無線圈馬達的模擬伺服器，在工作方式上也有

53、很多優(yōu)點：</p><p>　　第一，因為微處理器的關(guān)系，數(shù)碼舵機可以在將動力脈沖發(fā)送到舵機馬達之前，對輸入的信號，根據(jù)設(shè)定的參數(shù)進行處理。這意味著動力脈沖的寬度，就是說激勵馬達的動力，可以根據(jù)微處理器的程序運算而調(diào)整，以適應(yīng)不同的功能要求，并優(yōu)化舵機的性能。</p><p>　　第二，數(shù)碼伺服器以高得多的頻率向馬達發(fā)送動力脈沖。就是說，相對與傳統(tǒng)的50脈沖/秒，現(xiàn)在是300脈沖/秒。雖然

54、，以為頻率高的關(guān)系，每個動力脈沖的寬度被減小了，但馬達在同一時間里收到更多的激勵信號，并轉(zhuǎn)動得更快。這也意味著不僅僅舵機馬達以更高的頻率響應(yīng)發(fā)射機的信號，而且“無反應(yīng)區(qū)”變?。环磻?yīng)變得更快；加速和減速時也更迅速、更柔和；數(shù)碼伺服器提供更高的精度和更好的固定力量。</p><p><b>　　2.3 DSP簡介</b></p><p>　　目前探索機器人視覺控制系統(tǒng)主要

55、以單片機或DSP作主控制器[11]。單片機又稱單片微控制器,它不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學習、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。</p><p>　　DSP芯片，也稱數(shù)字信號處理器[12]。它是一種獨特的微處理器，有自己的完整指令系統(tǒng)，是以數(shù)字信號來處理大量信息的器件。一個數(shù)字信號處理器在一塊不大的芯片內(nèi)包括有控

56、制單元、運算單元、各種寄存器以及一定數(shù)量的存儲單元等等，在其外圍還可以連接若干存儲器，并可以與一定數(shù)量的外部設(shè)備互相通信，有軟、硬件的全面功能，本身就是一個微型計算機。DSP采用的是哈佛設(shè)計，即數(shù)據(jù)總線和地址總線分開，使程序和數(shù)據(jù)分別存儲在兩個分開的空間，允許取指令和執(zhí)行指令完全重疊。也就是說在執(zhí)行上一條指令的同時就可取出下一條指令，并進行譯碼，這大大的提高了微處理器的速度 。另外還允許在程序空間和數(shù)據(jù)空間之間進行傳輸，因為增加了器件的

57、靈活性。其工作原理是接收模擬信號，轉(zhuǎn)換為0或1的數(shù)字信號，再對數(shù)字信號進行修改、刪除、強化，并在其他系統(tǒng)芯片中把數(shù)字數(shù)據(jù)解譯回模擬數(shù)據(jù)或?qū)嶋H環(huán)境格式。它不僅具有可編程性，而且其實時運行速度可達每秒數(shù)以千萬條復雜指令程序，遠遠超過通用微處理器，是數(shù)字化電子世界中日益重要的電腦芯片。它的強大數(shù)據(jù)處理能力和高運行速度，是最值得稱道的兩大特色。由于它運算能力很強，速度很快，體積很小，而且采用軟件編程具</p><p>　

58、　本課題中我們采用DSP芯片TMS320F2812作為控制核心。TMS320F2812芯片是基于C/C++高效32位DSP內(nèi)核，該芯片具有高速的處理能力，并且片內(nèi)有豐富的外設(shè)資源，不但能保證控制的精確性和實時性，還能簡化控制電路，降低成本。并且提供浮點數(shù)學函數(shù)庫，從而可以在定點處理器上進行浮點運算，是電機等數(shù)字化產(chǎn)品控制的最佳選擇。</p><p>　　其主要功能外設(shè)如下：</p><p>

59、;　　事件管理器EVA和EVB，包括定時器，比較器，捕捉單元，PWM邏輯電路，正交編碼電路，和中斷邏輯電路等。</p><p>　　模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，可以將外部的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。</p><p>　　同步串行通信接口SPI和異步串行通信接口SCI。</p><p>　　CAN總線通信模塊。最高的通信速率可以達到1Mbps。</p><p>

60、;　　控制DSP內(nèi)核的工作頻率PLL時鐘模塊和用來檢測軟件硬件運行狀態(tài)的看門狗電路。</p><p>　　通用目的數(shù)字量I/O、多通道緩沖串口、外部中斷接口等。</p><p>　　相比單片機，DSP器件具有較高的集成度,更快的CPU，使DSP器件具有高速的數(shù)據(jù)運算能力，DSP比16位單片機單指令執(zhí)行時間快8～10倍。此外，更大容量的存儲器，內(nèi)置有波特率發(fā)生器和FIFO緩沖器，提供高速、同

61、步串口和標準異步串口，片內(nèi)還集成了A/D和采樣/保持電路，可提供PWM輸出，數(shù)字信號處理能力較強，適合進行電動機的控制。</p><p>　　近年來，隨著DSP芯片產(chǎn)品價格的不斷下滑，使DSP能夠從以往的軍用領(lǐng)域迅速拓展到民用領(lǐng)域，例如應(yīng)用于計算機、網(wǎng)絡(luò)、移動電話、調(diào)制解調(diào)器和磁盤驅(qū)動器以及眾多的消費電子產(chǎn)品。DSP的重要應(yīng)用領(lǐng)域之一是聲音處理。DSP已經(jīng)在音效應(yīng)用中得到廣泛采用，而且大部分應(yīng)用于音效產(chǎn)品的技術(shù)，

62、例如應(yīng)用于多媒體音效卡。硬盤驅(qū)動器使用DSP，能大大提高數(shù)據(jù)存取速度、縮小體積，促進PC進一步縮小體積、減輕重量，可應(yīng)用于掌上電腦。由于DSP速度高、數(shù)據(jù)傳送快，還可以代替微控制器用于激光打印機、激光掃描及光盤只讀存儲器等計算機外設(shè)。DSP應(yīng)用于語音識別領(lǐng)域，大有用武之地，語音識別技術(shù)獲得許多DSP供應(yīng)商的支持。隨著DSP技術(shù)的迅速推進以及應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，導致DSP的功能越來越多樣未來10年，全球DSP產(chǎn)品將向著高性能、低功耗、加強

63、融合和拓展多種應(yīng)用的趨勢發(fā)展，DSP芯片將越來越多地滲透到各種電子產(chǎn)品當中，成為各種電子產(chǎn)品尤其是通信類電子產(chǎn)品的技術(shù)核心，將會越來越受到業(yè)界的青睞。</p><p><b>　　2.4 本章小節(jié)</b></p><p>　　機器人視覺隨動系統(tǒng)是機器人領(lǐng)域重要的研究方向之一，通過視覺隨動控制，機器人可實現(xiàn)對動態(tài)、不確定的場合操作。它的研究對于開發(fā)手眼協(xié)調(diào)的機器人在工業(yè)

64、生產(chǎn)、航空航天等方面的應(yīng)用有著極其重要的意義 [13] 。本章主要闡述了機器人視覺隨動系統(tǒng)的控制機構(gòu)，包括視覺機構(gòu)和隨動機構(gòu)兩大塊。機器視覺機構(gòu)主要由兩大部分組成：攝像機和視頻解碼器SAA7111共同完成對被攝物體圖像的采集與數(shù)字化；圖像信號處理器處理圖像信號，它相當于人的大腦,是機器視覺系統(tǒng)的核心,完成對圖像進行處理和運算, 即算法的實現(xiàn)。隨動機構(gòu)對于實現(xiàn)攝像頭自動跟蹤目標障礙物及擴大視覺系統(tǒng)的感測環(huán)境的范圍很關(guān)鍵，本課題用伺服馬達設(shè)

65、計了隨動機構(gòu)。本章分析介紹了伺服馬達的應(yīng)用、結(jié)構(gòu)和工作原理，對于目前出現(xiàn)的數(shù)字伺服器做了分析，可以明顯的看出其相比與模擬伺服器的優(yōu)勢。本課題的開發(fā)平臺是DSP。DSP芯片它是一種獨特的微處理器，有自己的完整指令系統(tǒng)，是以數(shù)字信號來處理大量信息的器件，本章介紹了其特點及應(yīng)用。本課題中我們選用DSP芯片TMS320F2812作為控制核心，對于該款芯片的主要功能外設(shè)，上面章節(jié)也有概述。</p><p>　　3 視覺隨動

66、系統(tǒng)的軟件設(shè)計</p><p>　　3.1 編譯環(huán)境CCS2000</p><p>　　本課題軟件編譯的環(huán)境采用CCS2000代碼調(diào)試器,是一種集成的開發(fā)環(huán)境，CCS2000將TI的編譯器，匯編器，連接工具都集成在它開發(fā)環(huán)境中。用戶可以從菜單欄中選用TI的工具，并可以看到直接流水輸出到窗口的編譯結(jié)果。同時，出錯信息加亮顯示，雙擊出錯信息可以打開源文件，光標停在出錯地方?；贒OS的TI的工

67、具是多任務(wù)的。而在Windows環(huán)境中，用戶可以很方便的同時編輯、調(diào)試、編譯源程序。代碼編譯器可以跟蹤一個項目中所有的文件及相關(guān)內(nèi)容。用戶可以選擇編譯單個文件、或?qū)⑺形募ǖ揭粋€項目中，或是逐步建項目。在編譯器，匯編器，連接器選項中有容易使用的對話框。</p><p>　　CCS2000的可視化窗口使用戶能夠容易理解復雜的結(jié)構(gòu)，只要將光標放在相關(guān)的變量處并按ENTER鍵，諸如數(shù)組，結(jié)構(gòu)，指針的變量就可以遞歸的增

68、加或減少。另外，添加到可視窗口的變量也可以通過雙擊該變量來編輯。C表達式和GEL函數(shù)也可以添加到可視窗口。將GEL函數(shù)添加到可視窗口，就可以在每個斷點處執(zhí)行，由GEL函數(shù)，可以執(zhí)行更復雜的任務(wù)，將結(jié)果輸出到窗口。CCS2000具有以下特點：</p><p>　　圖3.1 編譯環(huán)境CCS2000界面</p><p>　?。?） TI編譯器的完全集成環(huán)境，所有的調(diào)試和分析能力集成在一個Wind

69、ows環(huán)境中。</p><p>　　（2）對C和DSP匯編文件的目標管理。目標編輯器保持對所有文件及相關(guān)內(nèi)容的跟蹤。</p><p>　?。?）高集成的編輯器調(diào)整C和DSP匯編代碼。</p><p>　?。?）編輯和調(diào)試時的后臺編輯，用戶在使用編輯器和匯編其時沒有必要退出系統(tǒng)到DSO環(huán)境中，因為CCS2000會自動將這些工具裝載在它的環(huán)境中。</p>

70、<p>　?。?）技術(shù)狀態(tài)觀察窗口，它的可視化窗口允許用戶鍵入C表達式及相關(guān)的變量。結(jié)構(gòu)，數(shù)組，指針都嗯那橫簡單的遞歸擴展和減少，以便進入復雜結(jié)構(gòu)。且環(huán)境中集成圖形分析功能。</p><p>　　（6）代數(shù)分解窗口，允許用戶選擇察看寫成代數(shù)表達式的C格式，從而容易讀懂操作碼，且支持在線幫助。</p><p>　　3.2伺服馬達控制原理</p><p>　　

71、在本課題的探測機器人中，使用了兩個垂直放置的伺服馬達來實現(xiàn)視覺系統(tǒng)的隨動控制。</p><p>　　一個微型伺服馬達是一個典型閉環(huán)反饋系統(tǒng)，其原理可由下圖3.2表示：</p><p>　　圖3.2 伺服馬達原理圖</p><p>　　齒輪組由馬達驅(qū)動，其終端（輸出端）帶動一個線性的比例電位器作位置檢測，該電位器把轉(zhuǎn)角坐標轉(zhuǎn)換為一比例電壓反饋給控制線路板，控制線路板將

72、其與輸入的控制脈沖信號比較,產(chǎn)生糾正脈沖,并驅(qū)動馬達正向或反向地轉(zhuǎn)動，使齒輪組的輸出位置與期望值相符，令糾正脈沖趨于為0，從而達到使伺服馬達精確定位的目的。</p><p>　　伺服馬達的瞬時運動速度是由其內(nèi)部的直流馬達和變速齒輪組的配合決定的，在恒定的電壓驅(qū)動下，其數(shù)值唯一。但其平均運動速度可通過分段停頓的控制方式來改變，例如，我們可把動作幅度為90º的轉(zhuǎn)動細分為128個停頓點，通過控制每個停頓點的時

73、間長短來實現(xiàn)0º—90º變化的平均速度。對于多數(shù)伺服馬達來說，速度的單位由“度數(shù)/秒”來決定。</p><p>　　標準的微型伺服馬達有三條控制線，分別為：電源、地及控制。電源線與地線用于提供內(nèi)部的直流馬達及控制線路所需的能源，電壓通常介于4V—6V之間，該電源應(yīng)盡可能與處理系統(tǒng)的電源隔離（因為伺服馬達會產(chǎn)生噪音）。甚至小伺服馬達在重負載時也會拉低放大器的電壓，所以整個系統(tǒng)的電源供應(yīng)的比例必須

74、合理。</p><p>　　輸入一個周期性的正向脈沖信號，這個周期性脈沖信號的高電平時間通常在1ms—2ms之間，而低電平時間應(yīng)在5ms到20ms之間，并不很嚴格，下表表示出一個典型的20ms周期性脈沖的正脈沖寬度與微型伺服馬達的輸出臂位置的關(guān)系 [14] ：</p><p>　　表3.1 正脈沖寬度與微型伺服馬達的輸出臂位置的關(guān)系</p><p>　　使用伺服馬達

75、有些需要注意的事項：</p><p>　　1、除非你使用的是數(shù)碼式的伺服馬達，否則以上的伺服馬達輸出臂位置只是一個不準確的大約數(shù)。</p><p>　　2、普通的模擬微型伺服馬達不是一個精確的定位器件，即使是使用同一品牌型號的微型伺服馬達產(chǎn)品，他們之間的差別也是非常大的，在同一脈沖驅(qū)動時，不同的伺服馬達存在±10º的偏差也是正常的。</p><p&g

76、t;　　3、正因上述的原因，不推薦使用小于1ms及大于2ms的脈沖作為驅(qū)動信號，實際上，伺服馬達的最初設(shè)計表也只是在±45º的范圍。而且，超出此范圍時，脈沖寬度轉(zhuǎn)動角度之間的線性關(guān)系也會變差。</p><p>　　4、要特別注意，絕不可加載讓伺服馬達輸出位置超過±90º的脈沖信號，否則會損壞伺服馬達的輸出限位機構(gòu)或齒輪組等機械部件。</p><p>

77、　　5、由于伺服馬達的輸出位置角度與控制信號脈沖寬度沒有明顯統(tǒng)一的標準，而且其行程的總量對于不同的廠家來說也有很大差別，所以控制軟件必須具備有依據(jù)不同伺服馬達進行單獨設(shè)置的功能。 </p><p>　　3.3 視覺隨動系統(tǒng)控制原理</p><p>　　機器人視覺隨動系統(tǒng)是由視覺傳感器向控制器提供機器人工作環(huán)境的外部信息，從而使機器人能夠?qū)崟r地調(diào)整其位姿，實現(xiàn)精確的跟蹤或定位，完成相應(yīng)的工作

78、。其研究內(nèi)容涉及圖像處理、機器視覺、控制理論、機器人學、運動學、動力學等多個學科領(lǐng)域。目前機器人視覺隨動研究的主要內(nèi)容為：視覺隨動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，快速準確的圖像處理算法，視覺隨動控制器的設(shè)計(包括軟件、硬件的設(shè)計)等 [15] 。</p><p>　　本課題中，視覺傳感器是機器人系統(tǒng)中最重要的“感官”之一，它的引入改變了機器人對操作對象及環(huán)境必須精確建模的要求 [16] 。依靠視覺信息的反饋，實現(xiàn)機器人在運動學及動

79、力學等方面的閉環(huán)控制。視覺傳感器CCD獲取環(huán)境信息，輸出模擬視頻信號，經(jīng)可編程視頻解碼芯片SAA7111轉(zhuǎn)換成數(shù)字視頻信號，包括色度信號和亮度信號，本課題的開發(fā)平臺是DSP，該控制器對數(shù)字視頻信號進行運算、處理，產(chǎn)生相應(yīng)PWM波，對伺服馬達進行控制，帶動視覺機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)視覺系統(tǒng)的隨動控制。圖3.3是視覺隨動控制系統(tǒng)的控制流程圖：</p><p>　　圖3.3 視覺隨動控制系統(tǒng)的控制流程圖</p>

80、<p>　　3.4軟件設(shè)計流程圖</p><p>　　3.4.1主程序流程圖</p><p>　　系統(tǒng)初始化后，模擬視頻信號經(jīng)SAA7111處理后送給主控制器DSP，調(diào)用PWM程序產(chǎn)生PWM波，控制伺服馬達的旋轉(zhuǎn)。主程序流程圖如下：</p><p>　　圖3.4 主程序流程圖</p><p>　　系統(tǒng)初始化程序如下：</p&

81、gt;<p>　　void InitSysCtrl(void)</p><p>　　{ Uint16 i;</p><p><b>　　EALLOW;</b></p><p>　　DevEmuRegs.M0RAMDFT = 0x0300;</p><p>　　DevEmuRegs.M1RAMDFT = 0

82、x0300;</p><p>　　DevEmuRegs.L0RAMDFT = 0x0300;</p><p>　　DevEmuRegs.L1RAMDFT = 0x0300;</p><p>　　DevEmuRegs.H0RAMDFT = 0x0300;</p><p>　　// Disable watchdog module</p>

83、;<p>　　SysCtrlRegs.WDCR= 0x0068;</p><p>　　// Initalize PLL</p><p>　　SysCtrlRegs.PLLCR = 0x0;</p><p>　　// Wait for PLL to lock</p><p>　　for(i= 0; i< 5000; i++)

84、{}</p><p>　　SysCtrlRegs.HISPCP.all = 0x0005;</p><p>　　// Peripheral clock enables set for the selected peripherals. </p><p>　　SysCtrlRegs.PCLKCR.bit.EVAENCLK=1;</p><p&g

85、t;<b>　　EDIS;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　I/O口初始化程序如下：</p><p>　　void io_init()</p><p>　　{ EALLOW;</p><p>　　GpioMuxRegs.GPAM

86、UX.all=0x00ff;//產(chǎn)生PWM，是外設(shè)EVA的功能,對應(yīng)的端口屬于第二功能,</p><p><b>　　EDIS;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　圖3.5 SAA7111初始化流程圖</p><p>　　3.4.2 SAA7111初始化流程圖<

87、;/p><p>　　SAA7111初始化設(shè)定為：一路模擬視頻信號輸入(AI12)、自動增益控制、625行50Hz PAL制式、YUV 16位數(shù)字視頻信號輸出、設(shè)置默認的圖像對比度、亮度及飽和度。相應(yīng)的寄存器入口參數(shù)：SAA7111寫地址48H，子地址00H，發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)DBUF，發(fā)送字節(jié)數(shù)19。圖3.5是其初始化流程圖。</p><p>　　3.4.3 PWM產(chǎn)生流程圖及子程序</p&

88、gt;<p>　　初始化后，通過計算、裝載通用定時器比較器的值，就可以控制產(chǎn)生PWM波形。</p><p>　　圖3.6 PWM產(chǎn)生流程圖</p><p>　　PWM產(chǎn)生子程序如下：</p><p>　　void EVA_Timer1()</p><p><b>　　{</b></p><

89、;p>　　EvaRegs.EXTCON.bit.INDCOE=0;//同時使能比較輸出使能模式</p><p>　　EvaRegs.GPTCONA.bit.T2STAT=1;//通用定時器2增計數(shù)</p><p>　　EvaRegs.GPTCONA.bit.T2PIN=2; 通用定時器2比較輸出高有效</p><p>　　EvaRegs.GPTCONA.bit

90、.T1STAT=1;//通用定時器1增計數(shù)</p><p>　　EvaRegs.GPTCONA.bit.T1PIN=2;</p><p>　　EvaRegs.GPTCONA.bit.TCOMPOE=1;//使能定時器1,2的比較輸出T2PWM</p><p>　　EvaRegs.T2PR=j; //T1計數(shù)器周期值,其值為pwm值(因為是增計數(shù)//模式)&

91、lt;/p><p>　　EvaRegs.T2CNT=0x0000;</p><p>　　EvaRegs.T2CON.all=0x1046;//連續(xù)增計數(shù)，不分頻，不使能定時器(主//程序中使能),內(nèi)部時鐘，使用T1PWM</p><p>　　EvaRegs.T1PR=j; //T2計數(shù)器周期值,其值為pwm值(因為是增計數(shù)//模式)</p>&l

92、t;p>　　EvaRegs.T1CNT=0x0000;</p><p>　　EvaRegs.T1CON.all=0x1046;//連續(xù)增計數(shù)，不分頻，不使能定時器(主//程序中使能),內(nèi)部時鐘，使用T1PWM</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　3.5本章小結(jié)</b></p>

93、;<p>　　本課題開發(fā)環(huán)境是CCS2000，它集成了TI的編譯器，匯編器，連接工具等。用戶可以從菜單欄中選用TI的工具，并可以看到直接流水輸出到窗口的編譯結(jié)果。可視化窗口使用戶能夠容易理解復雜的結(jié)構(gòu)，只要將光標放在相關(guān)的變量處并按ENTER鍵，諸如數(shù)組，結(jié)構(gòu)，指針的變量就可以遞歸的增加或減少。本章重點提出并設(shè)計了視覺隨動控制思想與方案。第二節(jié)詳細介紹了伺服馬達的控制原理，明確其輸出臂位置與一個20ms周期性脈沖的正脈沖寬

94、度的關(guān)系，為軟件編程提供了思想。第三節(jié)提出了視覺隨動控制系統(tǒng)的整體控制方案，確定了控制流程圖，給出了主程序及PWM產(chǎn)生的程序流程圖以及各模塊的初始化程序。</p><p><b>　　4 系統(tǒng)調(diào)試</b></p><p>　　在本課題完成后，對系統(tǒng)進行了調(diào)試。視覺隨動機構(gòu)實物圖如下，在實驗室對其進行了測試，該機構(gòu)緊湊、可靠、穩(wěn)定性高。</p><p

95、>　　圖3.7 視覺隨動機構(gòu)實物圖</p><p>　　視覺隨動機構(gòu)的軟件實現(xiàn)方面，實驗中，視覺機構(gòu)發(fā)現(xiàn)目標物，通過兩個伺服馬達分別左右、俯仰旋轉(zhuǎn)，使目標始終位于攝像頭的正中間，實現(xiàn)自動跟蹤目標。在發(fā)現(xiàn)目標時，獲取目標圖象信息，經(jīng)視頻解碼器SAA7111等處理后，圖象信息送給DSP主控制器,裝載DSP事件管理器的通用定時器比較器的比較值。定時器計數(shù)器周期值設(shè)置為30000，產(chǎn)生周期是20ms的PWM波，根據(jù)

96、伺服馬達控制原理，脈沖寬度0.5ms時，伺服馬達輸出-900；1.0ms時，伺服馬達輸出-450；1.5ms時，伺服馬達輸出0o；2.0ms時，伺服馬達輸出450；2.5ms時，伺服馬達輸出900。</p><p><b>　　5 結(jié)論</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計是畢業(yè)之前的最后一個學習環(huán)節(jié),也是檢閱大學期間所學知識和動手實踐的一個機會。在畢業(yè)設(shè)計進程中遇到

97、了很多困難,尤其是設(shè)計課題中還用到一些沒有學過的知識,如DSP芯片，視頻解碼器芯片等,對我是一個較大的挑戰(zhàn),但通過一個學期的努力,通過實驗室老師和師兄的幫助,最終完成了這次設(shè)計,深感獲益匪淺。本次畢業(yè)設(shè)計的課題是探測機器人視覺隨動系統(tǒng)的軟件設(shè)計，現(xiàn)匯報我在設(shè)計中所做的工作：</p><p>　　第一，搜索并閱讀了大量的相關(guān)論文，對探測機器人的行業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢有了一定的了解。本課題是視覺隨動系統(tǒng)，在作了深入分析明

98、確研究內(nèi)容后，設(shè)計了視覺隨動機構(gòu)及軟件算法對視覺傳感器進行隨動控制。隨動控制是基于DSP為開發(fā)平臺，通過對視覺傳感器環(huán)境信息的處理，控制伺服馬達的旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)的。</p><p>　　第二，熟悉了DSP控制器的基本功能、外設(shè)和結(jié)構(gòu)，重點學習了DSP事件管理器的定時器，完全比較器，通過編程實現(xiàn)了PWM波的產(chǎn)生。</p><p>　　第三，深入學習了伺服馬達的內(nèi)部機構(gòu)，通過對主控制版電路的研究，

99、了解了伺服馬達的工作原理，掌握了其通過PWM波的控制原理。</p><p>　　第四，熟悉了DSP編程環(huán)境CCS2000，并基于這一環(huán)境以DSP為平臺設(shè)計程序，對系統(tǒng)進行調(diào)試，最后實現(xiàn)了視覺系統(tǒng)的隨動控制。</p><p>　　在這次設(shè)計中暴露了不少問題。首先是學習的積極性還有待提高。在設(shè)計過程中，實驗室老師和師兄為了我們更好的完成設(shè)計，給我們做了明確的計劃安排。由于拖拉的壞習慣，也因為自

100、己基礎(chǔ)薄弱，完成時間一拖再拖，結(jié)果辜負了老師的一片心意，自己也浪費了時間。其次遇到問題獨立性不夠強。工作中總免不了有許多自己不明白和解決不了的事情，做事情之前應(yīng)該先動腦筋想一想,而我一遇到問題就問他人,這樣自己就形成了一種惰性心理。不經(jīng)過大腦的東西就像水過鴨背,學不到知識。話又說回來,人的能力是有限的,實在解決不了就要向別人學,但經(jīng)過自己思考,印象將會很深刻,學到的東西永遠不會忘去。更重要的是學會自學,養(yǎng)成自學能力，培養(yǎng)自己獨立解決問題

101、的能力。獨立解決問題的能力對自己以后的工作事業(yè)生活將起到很到大的作用。注意到這些問題，我將時刻提醒自己不要犯類似的錯誤，盡快使自己能對社會創(chuàng)造更大的價值！</p><p><b>　　6致謝</b></p><p>　　時間過得很快，一個學期的畢業(yè)設(shè)計就要結(jié)束了。我要感謝謝昭莉老師，盛朝強老師，陳皎師兄和賈耀輝師兄，實驗室其他的師兄、師姐和我的同學，有了他們的指導和幫

102、助，我才得以完成這次課程設(shè)計。從一開始，謝昭莉老師就對我們的畢業(yè)設(shè)計作了明確的安排，給我們指明了方向。在畢業(yè)設(shè)計的進程中，謝老師時刻關(guān)注我的進度，對我的設(shè)計提出很多建議，使我少走了很多彎路。對于我的問題和疑惑，謝老師也是悉心指導，耐心幫助。我還要感謝謝老師對我的嚴格要求，要不是這樣，我的畢業(yè)設(shè)計能否順利完成還是個問題，而且正因為此我才學到了一些真東西。謝老師還給我們提供了一個匯報工作的舞臺，除了理論方面的督促外，也鍛煉了我們的膽量、表達

103、能力。盛老師也一直關(guān)心我們的畢業(yè)設(shè)計工作，對于我們畢業(yè)設(shè)計出現(xiàn)的問題給出了很多寶貴的建議，并且通知我們學校畢業(yè)設(shè)計最新安排，讓我們做到心中有數(shù)，有的放矢，同時給了我們很多激勵，在我們懈怠的時候又提起了精神。陳皎師兄是負責我們的研究生，對整個實驗室做本科畢業(yè)設(shè)計的同學都付出了很多的心血。從一開始就給我們指明了工作內(nèi)容，我的論文翻譯、開題報告到最后的論文都是在陳皎師兄的直接幫助下完成的，我們有什么問題他也總是第</p><

104、;p>　　有開始就有結(jié)束，再過一段時間，我們將告別實驗室，再一次感謝謝老師、盛老師和各位學長的幫助，你們的教誨我將受用終生！</p><p>　　最后衷心地感謝在百忙之中抽出時間評閱論文和參加答辯的專家、老師。</p><p><b>　　參 考 文 獻</b></p><p>　　[1] 莊煥偉，張鐵，李杞儀.基于DSP的輪式移動機器人

105、運動控制系統(tǒng)的研究.機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2007-1-20(1)</p><p>　　[2] Floreano D. and F. Mondada .Evolutionary neuro-controller for autonomous mobile robots. Neural Networks .1998, 7</p><p>　　[3] 張海波,原魁,周慶瑞.基于路徑識別的移動機器

106、人視覺導航.中國圖象圖形學報.2004,7.9(7)</p><p>　　[4] 陳無畏,孫海濤,李碧春,王啟瑞,李進.基于標識線導航的自動導引車跟蹤控制機械工程學報.2006,8.42(8)</p><p>　　[5] 李尊民.《電視圖像自動跟蹤的基本原理》.北京國防工業(yè)出版社.1988</p><p>　　[6] 張文選,范紅.CMOS圖像傳感器介紹.長春光學精