劉康生東莞創(chuàng)視自動(dòng)化科技有限公司

基于機(jī)器視覺(jué)的移動(dòng)機(jī)械臂控制分析

劉康生
東莞創(chuàng)視自動(dòng)化科技有限公司

移動(dòng)機(jī)械臂的控制，主要需要解決目標(biāo)物位置信息獲取問(wèn)題?；谶@種認(rèn)識(shí)，本文對(duì)基于機(jī)器視覺(jué)的移動(dòng)機(jī)械臂系統(tǒng)展開(kāi)了分析，通過(guò)分析系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)問(wèn)題對(duì)機(jī)械臂控制功能的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了探討，從而為關(guān)注這一話題的人們提供參考。

機(jī)器視覺(jué)；移動(dòng)機(jī)械臂；控制

引言

在實(shí)際生活中，移動(dòng)機(jī)械臂具有工作范圍大和負(fù)載能力強(qiáng)等特點(diǎn)，能夠自由移動(dòng)完成目標(biāo)物的夾取。而使用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)，則可以使移動(dòng)機(jī)械臂在未知環(huán)境中開(kāi)展工作，進(jìn)而更好的得到推廣和應(yīng)用。因此，還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)基于機(jī)器視覺(jué)的移動(dòng)機(jī)械臂控制技術(shù)的研究，以便更好的推動(dòng)機(jī)器人控制技術(shù)的發(fā)展。

1 系統(tǒng)總體分析

基于機(jī)器視覺(jué)的移動(dòng)機(jī)械臂系統(tǒng)可以利用雙目機(jī)器視覺(jué)完成目標(biāo)物空間位置信息的采集，然后根據(jù)信息進(jìn)行機(jī)械臂模塊的指揮，從而完成目標(biāo)物的夾取。在系統(tǒng)啟動(dòng)后，會(huì)先進(jìn)行無(wú)線局域網(wǎng)服務(wù)器的連接，然后通過(guò)初始化完成相關(guān)變量的設(shè)置。在服務(wù)器完成用戶發(fā)送的夾取命令接收后，其會(huì)先進(jìn)行雙目視覺(jué)模塊的開(kāi)啟，以完成視頻圖像的自動(dòng)采集。將采集得到的信息傳輸?shù)娇蛻舳撕螅蛻舳藭?huì)通過(guò)信息處理完成目標(biāo)物空間位置信息的獲取，從而對(duì)目標(biāo)物的位置范圍進(jìn)行確認(rèn)。如果目標(biāo)物在機(jī)械臂工作范圍內(nèi)，則可以完成目標(biāo)物距離的計(jì)算，并進(jìn)行相應(yīng)移動(dòng)指令的發(fā)送[1]。底層電機(jī)控制板在接收到移動(dòng)指令后，會(huì)進(jìn)行機(jī)械臂的移動(dòng)，然后重新進(jìn)行目標(biāo)物位置計(jì)算。通過(guò)反復(fù)驅(qū)動(dòng)各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)和計(jì)算目標(biāo)物位置信息，系統(tǒng)則能完成目標(biāo)物的夾取。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)控制過(guò)程，可以將其硬件模塊劃分為終端控制模塊、服務(wù)器模塊、機(jī)械臂控制模塊、圖像采集模塊和電機(jī)控制模塊等，圖像采集模塊可以利用雙目攝像頭完成圖像采集，終端控制則可以進(jìn)行獲取的圖像信息處理，并向機(jī)械臂控制模塊進(jìn)行控制指令的發(fā)送，而機(jī)械臂控制模塊和電機(jī)控制模塊則可以完成機(jī)械臂的控制[2]。

2.1 終端控制模塊

在開(kāi)發(fā)終端控制模塊時(shí)，可以利用MFC完成模塊開(kāi)發(fā)，并利用TCP/IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)底層通信，從而進(jìn)行機(jī)器視覺(jué)信息數(shù)據(jù)的接收和處理。結(jié)合這些信息，則可以完成控制指令的發(fā)送，并在模塊上進(jìn)行這些信息的顯示。

2.2 圖像采集模塊

圖像采集模塊由雙USB攝像頭構(gòu)成，能夠利用雙目機(jī)器視覺(jué)技術(shù)完成視頻流的采集，并利用無(wú)線局域網(wǎng)進(jìn)行任務(wù)的上傳，然后利用PC進(jìn)行預(yù)覽和顯示。使用的攝像頭為V6USB免驅(qū)動(dòng)攝像頭，具有背光補(bǔ)償功能，能夠在弱光線條件下得到使用。

2.3 服務(wù)器模塊

服務(wù)器模塊由ARM（LT2440）+Linux2.6操作系統(tǒng)構(gòu)成，能夠用于進(jìn)行底層傳感器信息的采集，并完成信息的簡(jiǎn)單處理。將信息傳遞給終端模塊后，則可以進(jìn)行控制指令的獲取，然后通過(guò)驅(qū)動(dòng)控制器進(jìn)行電機(jī)和舵機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制，進(jìn)而使機(jī)械臂完成相應(yīng)動(dòng)作。

2.4 電機(jī)及機(jī)械臂控制模塊

在電機(jī)和機(jī)械臂控制方面，需要利用Atmega168單片機(jī)完成各模塊控制。其中，電機(jī)控制模塊則完成電機(jī)控制指令接收后，會(huì)以一定轉(zhuǎn)速控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，以確保系統(tǒng)按照固定速度和路徑運(yùn)動(dòng)。機(jī)械臂控制模塊將完成服務(wù)器發(fā)送的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角控制信號(hào)的接收，并對(duì)機(jī)械臂進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，從而使各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)到相應(yīng)角度。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

從系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)上來(lái)看，需要使用嵌入式服務(wù)器程序進(jìn)行機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)控制。該程序?yàn)椴l(fā)式，將根據(jù)客戶端指令完成相應(yīng)線程創(chuàng)建。在實(shí)際進(jìn)行程序開(kāi)發(fā)時(shí)，可以利用VMwareWorkstation虛擬機(jī)，并利用該虛擬機(jī)下安裝的Ubuntu10.04進(jìn)行程序開(kāi)發(fā)和編寫(xiě)。利用該軟件，需要在宿主機(jī)上完成嵌入式系統(tǒng)交叉編譯工具的創(chuàng)建，然后利用該工具完成系統(tǒng)程序的編寫(xiě)。使用的操作系統(tǒng)為L(zhǎng)inux，其擁有大量的硬件驅(qū)動(dòng)程序，所以在進(jìn)行各模塊程序編寫(xiě)時(shí)可以完成與設(shè)備相對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序查找。根據(jù)設(shè)備原理、參數(shù)和使用方法，則可以通過(guò)簡(jiǎn)單修改獲得需要的程序，然后通過(guò)將程序編譯到Linux內(nèi)核中進(jìn)行加載使用。

從系統(tǒng)工作流程上來(lái)看，在系統(tǒng)一開(kāi)始工作時(shí)，主進(jìn)程會(huì)進(jìn)行初始化程序的執(zhí)行，以確保重要數(shù)據(jù)變量得到設(shè)定，如指向IP地址的指針變量和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)端的套接字描述符等。在此基礎(chǔ)上，還要完成共享內(nèi)存的創(chuàng)建，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)的存放。根據(jù)PC客戶端指令，則可以完成不同線程的創(chuàng)建，包含機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)線程和視覺(jué)采集線程等[3]。完成用戶發(fā)送的結(jié)束指令的接收后，則可以將設(shè)備文件關(guān)閉，然后將全局變量清零，最后結(jié)束程序。

結(jié)論

通過(guò)分析可以發(fā)現(xiàn)，采用機(jī)器視覺(jué)進(jìn)行目標(biāo)物信息的采集，然后通過(guò)圖像處理則可以判斷目標(biāo)物是否在機(jī)械臂工作范圍內(nèi)，并進(jìn)行移動(dòng)控制指令的發(fā)送。而通過(guò)反復(fù)檢測(cè)和移動(dòng)，則可以完成目標(biāo)物的夾取。所以，采取該種機(jī)械臂控制方法，能夠在知曉目標(biāo)物空間位置信息的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)移動(dòng)機(jī)械臂的控制，進(jìn)而滿足機(jī)械臂的工作需求。

[1]楊元慧,李國(guó)棟,吳春富等.移動(dòng)機(jī)械臂手眼關(guān)系標(biāo)定及視覺(jué)伺服控制方法[J].山東大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版）,2016,05：54-63+101.

[2]趙小剛.機(jī)械臂全方位移動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)研究[J].自動(dòng)化與儀器儀表,2016,09：62-63+66.

[3]孫世俊,平雪良,曾慶鈺等.基于視覺(jué)捕捉的網(wǎng)球自拾取機(jī)器人系統(tǒng)[J].輕工機(jī)械,2016,06：62-65.