双目立体视觉运动平台的控制系统分析与研究.pdf

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1、、l甸似双目立体视觉运动平台的控制系统分析与研究Thecontrolsystemanalysisandresearchofthebinocularstereovisualmotionplatform覃才友，李小汝，刘浩QINCai．you，LIXiao-ru，LIUHao(四川工程职业技术学院机电工程系，德阳618000)摘要：本文主要通过对双目立体视觉运动平台成像原理进行研究分析，利用uG软件设计双目运动平台；然后对运动平台的伺服电机的位置和速度信息实现闭环控制，进一步提高了该平台的稳定性和控制精度。该平台为立体视觉以后的研究设计提供了有效的改进意见，具有实际研究意义和工程使

2、用价值。关键词：双目立体视觉运动平台；UG；闭环控制；MATLAB1方真中图分类号：THI34文献标识码：A文章编号：1009—0134(2014)04(上)一0009—03Doi：10．3969／J．issn．1009-0134．2014．04(上)．040引言我国矿难事故时有发生，为了减小事故损失，可以采用机器来代替人类在危险、有害、恶劣以及超净环境下工作，并可以提高劳动生产率，改善产品质量，快速响应市场要求，加强在国际市场的竞争能力。让机器人拥有像人一样的“眼睛”，是众多学者一直探索与追求的目标。人们感受客观世界80％以上的信息是由眼睛得来的，因此视觉信息的研究是当前信息

3、研究的重点之一I1】。和人的视觉组织一样，机器人视觉系统在机器人的研究和应用中占有十分重要的地位，对机器人的智能化将起决定性作用口。图1双目立体视觉的成像原理1双目立体视觉运动平台的建立1．1运动平台的成像原理1．2运动平台的建模为使机器人具有与人一样的视觉特征，双目在设计平台时，摄像装置本身没有自由度，视觉平台的视觉设计就由左右两部摄像装置构为了能实现双目扫视功能，要求视觉平台设计具成，如图l所示。三维空间中任意一点A(X，Y，有相应的自由度。根据人眼运动特征，我们设计z)在左、右两摄像机上的投影面上成像点分别为的视觉平台有3-4个自由度，分别为两只可以独立a。(u，V1)和

4、ar(U，v)。这两个像点是空间中同一个旋转并可以巡航的“眼睛”以及类似人头部可以对象点A的像，称为“共轭点”。通过这两个像俯仰、旋转的“脖子”，其结构如图2所示。点，分别作它们与各自摄像装置的光,DO和O的连比照人的视野范围，我们设计视觉平台的运线，即投影线a。0，和a0，它们延长线的交点即为动参数如表1所示。空间点(X，Y，Z)。收稿日期：2013-10-24作者简介：覃才友(1978一)，男，工程师，硕士，研究方向为机械设计制造。第36卷第4期2014-04(上)[91务l遵．8似——、Mm=(Jz,+Jz)=3．80×10～N·m左偏负载功率：P=-6o=3．80×10

5、×300~／180=0．199Wd，tr●●I运用三维建模软件UG建立运动平台模型，头部俯仰运动如图3所示。它的工作原理是：头部驱动装置1输出动力，带动齿轮2、传输带3和4组成第一级传动，再经过传输带5、6和带轮7组成第二级传动，实现平台头部俯仰运动。图2视觉平台结构示意图表1视觉平台的参数俯仰运动左右摄像装置运动运行速度运行加速度范围运动范围精度范围范围±45。±60。±0．1。0~300~／s0~6000~／s图3平台头部俯仰运动装配简图由于摄像机本身的重量，在运行过程中，为使质量尽量小，参照目前已有机器人的摄像装置，我选择的重量大致为150g~260g。根据以上参数，设定

6、系统头部的最大转矩为，可由式(1)求出其转矩：M=Jot(1)式中，J为摄像装置的转动惯量；0c为加速度，其最大值60000／s，代入到式(1)中可以得到M=1909．86rad／s。同时设定摄像机的转动惯量一为。根据力学图4平台巡航运动的装配简图的相关知识分析得到，摄像装置转动的转动惯量系统左右巡航运动如图4所示，它的工作原理由式(2)可以求得。是：驱动电机8的输出动力，经过带轮9、10和带一一+M—。(2)轮11组成的平台的第一级减速传动，再经带轮12、式中：l3和16组成的第二级传动，最后经过圆锥齿轮14和删=195g(摄像装置的重量)；l5，最终将电机的动力传输到摄像装

7、置上，实现视L=5lmm(镜头长度)；R=32mm(镜头半觉平台的左右巡航运动。由于左右两装置结构是一径)；样的，因此它们的运动传动方式相同。a=50mm(轴间距)。2视觉运动平台控制系统分析以上数据为摄像机的参数。在设计视觉平台过程中，如何精准的控制左将上述参数带入式(2)中，得到右巡航运动和俯仰运动的速度以及位置精度是控=5796．86g．cm。制指标主要考虑的因，因此控制系统的设计整个平台的转动惯量由式(3)得出：必须对伺服电机的位置和速度信息的实现闭环反=一，(62+c)(3)一馈。