《高速视觉智能移动机器人开发和设计》
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【摘 要】本文提出一种高速视觉智能移动机器人设计方案,一定程度上解决了移动机器视觉系统出现的功耗过大、视觉算法特征匹配准确率不高等问题.本系统以STC12C5A60S2单片机为核心元件,搭载独立的单目视觉系统,可以完成标准“加腾一郎”派行走与高速奔跑,可以协助用户构建完整的行走模型,具有静平衡步伐方程与动平衡步伐方程的交接带函数.机器人可以完成找球、追球、踢球等功能,可同时跟踪7个移动目标.
【关键词】高速视觉机器人 避障 规划路径
移动机器人视觉系统是指在移动机器人上加配视觉传感器,使移动机器人在未知环境中具有定位、识别、以及检测和自主决策的能力.它在当今科学领域具有重大的研究意义.
视觉移动机器人的开发在装配加工、智能家居、核事故处理、现代战争侦查等领域都得到了很好的体现.但是,与传统的机器视觉相比,移动机器人视觉系统呈现出了一些新的问题.主要表现在：在硬件方面,视觉系统由传统图像采集卡和主控计算机组成,这使得移动机器人的功耗过大;视觉软件算法方面,如何在光照、局部遮挡以及机器人振动等因素的影响下,提高特征匹配准确率,缩短特征匹配时间是移动机器人位姿估计的关键环节.
本文提出一种高速视觉智能移动机器人设计方案,一定程度上解决了移动机器视觉系统出现的功耗过大、视觉算法特征匹配准确率不高等问题.
一、整体硬件结构
采用完整版加藤一郎結构体,全身由金属零件构成,具有18个自由度;头部装有特制的转塔机构,并搭载完整的视觉系统;搭载3轴加速度计;后背加装防摔减震罩;腿部采用加长结构,提高行走速度,有利于足球比赛;脚部采用中空结构,增大摩擦力;手臂采用3自由度结构设计,辅助机体完成前倒地起身和后倒地起身等动作.
全身16个特种数字伺服舵机,每个舵机重65g,尺寸45×35×25mm（不包含安装支架）,采用空心杯电机,扭力达到25kg.cm（7.4v）,速度0.18秒/60度;舵机可以采用并行连接也支持总线连接;16个金属舵盘,与软件同步实现初始坐标补偿.
躯干：躯干通过使用加厚加强的双U形件将头部和四肢连接在一起,结实牢固的躯体保证了机器人的四肢连接起来更稳定.在每个舵机2个方向的转动来保证左右肩的前后运动、左右跨的左右摆动以及头部转塔的左右运动.中心采用掏空设计,一来可以减轻机器人的负载,二来可以作为电池及控制板的安装位置.
腿部：腿部用金属连接件与舵机的安装支架连接,实现高强度的结构支撑.在每个舵机2个方向的转动下,来保证腿部的前后左右的转动.实现机器人腿部的灵活运动.
左右臂：左右臂用金属连接件与舵机的安装支架连接,实现高强度的结构支撑.在每个舵机2个方向的转动下,来保证左右臂的前后左右的转动.在大臂前段采用加长高强度手臂支架,实现摔倒迅速爬起及机体摔倒的支撑力.
头部：头部采用双舵机双轴设计机构,可以让视觉摄像头在横纵两个方向扫描拍摄,将每秒50贞,每贞640×400像素的数据通过串行外设接口SPI传输给机器人机体控制器.在视觉控制器和机体控制器的完美配合下,机器人便可实现实时跟踪物体的能力
二、视觉ARM控制板部分
功能及参数：（1）可以简单的通过按键设置需要跟踪的物体.（2）帧输出速率高达每秒50次.（3）可同时记录多达7种不同颜色和100多个目标.（4）图像通过USB可以实时传输.（5）通信方式包括USB,SPI,UART,I2C以及数字或者模拟信号等多种通信接口.（6）交互软件包括Windows,MacOS以及Linux等多种版本.（7）采用NXP LP330 双核处理器,主频204MHz,264K bytes RAM,1M bytes Flash.OV9715图像传感器.（8）典型功耗140mA.（9）电源支持USB 5V输入,或者DC6V-10V.（10）尺寸：5.3cmx5.1cm x 3.6cm.（11）重量：27克.
三、路径规划
(一)采用栅格法对足球场环境进行划分
为了便于搜索到最优路径, 设机器人的工作空间为二维平面上的有限区域, 起始点和目标点分别为S 和T .本文路径规划的优化准则为路径最短,即寻找一条从S 到T避开障碍物的最短路径.按从左到右、从上到下的顺序对栅格进行编号.
(二)对障碍物的位置进行标记
设机器人工作空间由M 行N 列栅格组成, 序号为R 的任意栅格所对应的环境栅格的行号和列号分别为x 、y , 则可得关系式如下：
x等于 R/N+1 （1）
y等于R %N +1 （2）
将障碍物地图用一个二维数组矩阵map（M, N）表示为：
map（p,q）等于1,第p行第q列栅格上有障碍物
0,其他
四、总结
本设计以STC12C5A60S2为核心,结合电路与各功能模块,构成了高度集成化的高速视觉移动机器人.该系统在准确定位,高智能移动控制等方面得到了实现,同时也实现了智能寻迹、避障、路径规划等功能.可以完成环境勘测,准确定位,以及在恶劣环境下工作的任务.在机器人踢球接球竞赛中也具有很大的实用性.
参考文献：
[1]王君,徐晓凤, 董明利,et al.单目移动机器人相对位姿估计方法[J].应用光学, 2019（4）.
[2]涂亮杰,李林升,林国湘.动态环境下果园移动机器人的路径规划研究[J].机械设计,2019（5）.
[3]李宝全,尹成浩,师五喜.模型未知动态场景下移动机器人的视觉镇定[J].天津工业大学学报, 2019（3）：47-54.
[4]张毅,沙建松. 基于图优化的移动机器人视觉SLAM[J].智能系统学报,2018,13（2）：290-295.
[5]江明,王飞,葛愿,et al.基于改进蚁群算法的移动机器人路径规划研究[J].仪器仪表学报,2019（2）.
基金项目：北京联合大学“启明星”大学生科技创新项目（201911417SJ10
2）.
作者简介：陈怡冉（1995-）,女,河南洛阳人,主要研究方向电子系统设计.
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机器人和机器人引用文献:
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[3] 工业机器人和机器人学士学位论文范文 工业机器人和机器人方面论文范文文献2万字
