基于DSP和μC/OS-Ⅱ的采摘机器人视觉系统设计
发布时间：2022-02-05 07:07
近年来,国内机器视觉发展速度较快,应用广泛。由于视觉系统需要处理视频图像信息,计算量较大,因此当前该系统多采用计算机系统进行搭建。为此,提出将嵌入式与视觉系统结合应用的思想,并利用视觉系统和嵌入式智能系统易于信息集成的特点,设计了一种基于DSP和uC/OS-Ⅱ的视觉系统。该方案主要包括硬件软件及操作系统的设计,大大提高了生产的效率和自动化程度,对实现视觉系统在采摘机器人中的应用具有重要意义。
【文章来源】：农机化研究. 2017,39(06)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
典型的机器视觉系统构架Fig．1Typicalmachinevisionsystemarchitecture机器视觉系统由光源、镜头、CCD摄像机及图像
2．1采摘机器人视觉系统的总体方案设计本文设计核心处理器采用TI公司最新研究设计的32位定点数字处理器芯片TMS320F2812，其数据处理能力超强，平均每秒可以执行150M条指令，且具有丰富的SAＲAM和Flash片内存储资源。本文根据视觉系统的组成结构和DSP的工作特性，提出了基于DSP的嵌入式视觉系统。嵌入式视觉系统的总体方案设计如图2所示。图2嵌入式视觉系统的总体方案Fig．2Thegeneralschemeofembeddedvisionsystem该视觉系统对视频信号的处理过程比较明显:先从CCD摄像头捕获视频信息，利用视频解码器对视频信号进行解码得到亮度参量和色度参量分开的像素信号，并送至TMS320F2812进行数据的处理;然后将处理得到的控制信号发送到采摘机器人的底层控制部分，同时将视频信号处理结果传输至视频编码器，利用OSD显示器显示并监测整体系统的运行情况。2．2视频解码电路的设计相比其他信号而言，视频图像信号比较复杂，包括行、尝时序等同步信号，因此对于视频图像信号的采集和处理非常复杂。视频解码电路采用TI公司的TVP5150，具有超低功耗的优点;采用四面32脚封装，含转换的NTSC/PAL/SECAM等格式的高性能视频解码器，其正常工作时功耗仅115MW，比较适合便携使用、并且要求严格的视频产品。TVP5150芯片仅需采用14．31818MHz晶振作为输入时钟，数字和模拟输入电压为1．8V，IO输出输出口电压为3．3V;信号输入采取阻抗匹配设计，防止对输入信号有所反射。TVP5150视频解码电路如图3所示。摄像机将采集到的模拟信号经过TVP5150进行解码，然后将解码后得到的数字视频信号发送至显示屏幕。若解码芯片工作正常，则可以看到显示设备上对应的显示画面。该解码电路将模拟复合视频信号解码成符合ITU－ＲBT．656标准的数字视频信号输出，方便
馐?入电压为1．8V，IO输出输出口电压为3．3V;信号输入采取阻抗匹配设计，防止对输入信号有所反射。TVP5150视频解码电路如图3所示。摄像机将采集到的模拟信号经过TVP5150进行解码，然后将解码后得到的数字视频信号发送至显示屏幕。若解码芯片工作正常，则可以看到显示设备上对应的显示画面。该解码电路将模拟复合视频信号解码成符合ITU－ＲBT．656标准的数字视频信号输出，方便TMS320F2812处理器进行数字视频信号输出，容易进行数字视频图像去隔行、分辨率转换甚至MPEG编码等处理;通过TVP5150完成芯片初始化设置。图3TVP5150视频解码电路Fig．3TVP5150videodecodingcircuit2．3视频编码电路的设计模拟视频信号转化为数字信号后，Y和UV信号需要在准确相同的时序下才能重新叠加复合为视频信号输出。通常来说，视频编码电路的设计过程比较复杂，主要包括滤波、调节色彩、添加时钟信号，以及进行数模信号的转化等。本文选用SAA7105对视频图像进行处理后输出，该芯片集成度高，内部包括输入信号格式器、彩色空间转换器、高质量的定标器和抗抖动式滤波器，可以在低电压模式下输出图像处理信号，被处理的视频信号经过低通滤波后编码为模拟信号。SAA7105显示接口电路如图4所示。图4SAA7105显示接口Fig．4SAA7105displayinterface3视觉系统开发平台—实时操作系统本文设计的软件开发平台采用uC/OS－II系统，采摘机器人视觉系统利用uC/OS－II内核实现智能控制功能。3．1采摘机器人视觉系用软件总体设计控制系统的硬件部分是机器视觉系统正常运作的平台，而硬件部分的协调运行必须依靠底层程序驱动。嵌入式视觉系统软件总体设计如图5所示。图5中，整个软件的设计包含以下几个部分:①CCD摄像机采集一组视频信号;②对视频信息进行
【参考文献】：
期刊论文
[1]智能移动式水果采摘机器人设计——基于机器视觉技术[J]. 孙承庭,胡平. 农机化研究. 2016(08)
[2]用于采摘机器人的空间定位方法及试验[J]. 杨永. 制造业自动化. 2014(23)
[3]果蔬采摘机器人末端执行器研究进展与分析[J]. 李国利,姬长英,翟力欣. 中国农机化学报. 2014(05)
[4]基于机器视觉技术啤酒空瓶检测系统设计[J]. 孙立军,令晓明. 电子世界. 2012(18)
[5]苹果采摘机器人对振荡果实的快速定位采摘方法[J]. 吕继东,赵德安,姬伟,陈玉,沈惠良,张颖. 农业工程学报. 2012(13)
[6]开放分布式苹果采摘机器人控制系统研究及实现[J]. 吕继东,赵德安,姬伟,郭金亮,李占坤. 小型微型计算机系统. 2012(02)
[7]开放式茄子采摘机器人设计与试验[J]. 宋健,孙学岩,张铁中,张宾,徐丽明. 农业机械学报. 2009(01)
[8]采摘机器人视觉伺服控制系统设计[J]. 赵庆波,赵德安,姬伟,张超,申景凤. 农业机械学报. 2009(01)
[9]机器人视觉伺服系统结构及实现[J]. 田梦倩,罗翔. 制造业自动化. 2005(12)
博士论文
[1]温室果蔬采摘机器人视觉信息获取方法及样机系统研究[D]. 纪超.中国农业大学 2014
[2]苹果采摘机器人视觉测量与避障控制研究[D]. 吕继东.江苏大学 2012
[3]黄瓜采摘机器人视觉关键技术及系统研究[D]. 戚利勇.浙江工业大学 2011
[4]柑橘采摘机器人工作场景信息感知技术与路径规划研究[D]. 吕强.江苏大学 2010
硕士论文
[1]基于双目立体视觉的工业机器人目标识别及定位研究[D]. 聂春鹏.长安大学 2015
[2]基于机器视觉的智能啤酒瓶污损检测系统的研究与设计[D]. 任娇.曲阜师范大学 2015
[3]果蔬采摘机器人视觉技术研究及系统构建[D]. 付中军.沈阳工业大学 2014
[4]嵌入式家居视频监控远程控制的研究与实现[D]. 陈军.湖南大学 2013
[5]基于FPGA的嵌入式视觉检测系统及IP核设计[D]. 王锐煌.广东工业大学 2011
[6]果树采摘机器人控制系统研究与设计[D]. 李占坤.江苏大学 2010
[7]基于ARM的电火花线切割机数控系统研究[D]. 陈涛.南京航空航天大学 2010
[8]基于ARM7的嵌入式μC/TCP-IP协议栈的研究与实现[D]. 李佳旭.西安电子科技大学 2010
[9]基于机器视觉的猕猴桃果实识别与定位关键技术研究[D]. 丁亚兰.西北农林科技大学 2009
[10]苹果采摘机器人机械手结构设计与分析[D]. 杨文亮.江苏大学 2009
本文编号：3614794
【文章来源】：农机化研究. 2017,39(06)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
典型的机器视觉系统构架Fig．1Typicalmachinevisionsystemarchitecture机器视觉系统由光源、镜头、CCD摄像机及图像
2．1采摘机器人视觉系统的总体方案设计本文设计核心处理器采用TI公司最新研究设计的32位定点数字处理器芯片TMS320F2812，其数据处理能力超强，平均每秒可以执行150M条指令，且具有丰富的SAＲAM和Flash片内存储资源。本文根据视觉系统的组成结构和DSP的工作特性，提出了基于DSP的嵌入式视觉系统。嵌入式视觉系统的总体方案设计如图2所示。图2嵌入式视觉系统的总体方案Fig．2Thegeneralschemeofembeddedvisionsystem该视觉系统对视频信号的处理过程比较明显:先从CCD摄像头捕获视频信息，利用视频解码器对视频信号进行解码得到亮度参量和色度参量分开的像素信号，并送至TMS320F2812进行数据的处理;然后将处理得到的控制信号发送到采摘机器人的底层控制部分，同时将视频信号处理结果传输至视频编码器，利用OSD显示器显示并监测整体系统的运行情况。2．2视频解码电路的设计相比其他信号而言，视频图像信号比较复杂，包括行、尝时序等同步信号，因此对于视频图像信号的采集和处理非常复杂。视频解码电路采用TI公司的TVP5150，具有超低功耗的优点;采用四面32脚封装，含转换的NTSC/PAL/SECAM等格式的高性能视频解码器，其正常工作时功耗仅115MW，比较适合便携使用、并且要求严格的视频产品。TVP5150芯片仅需采用14．31818MHz晶振作为输入时钟，数字和模拟输入电压为1．8V，IO输出输出口电压为3．3V;信号输入采取阻抗匹配设计，防止对输入信号有所反射。TVP5150视频解码电路如图3所示。摄像机将采集到的模拟信号经过TVP5150进行解码，然后将解码后得到的数字视频信号发送至显示屏幕。若解码芯片工作正常，则可以看到显示设备上对应的显示画面。该解码电路将模拟复合视频信号解码成符合ITU－ＲBT．656标准的数字视频信号输出，方便
馐?入电压为1．8V，IO输出输出口电压为3．3V;信号输入采取阻抗匹配设计，防止对输入信号有所反射。TVP5150视频解码电路如图3所示。摄像机将采集到的模拟信号经过TVP5150进行解码，然后将解码后得到的数字视频信号发送至显示屏幕。若解码芯片工作正常，则可以看到显示设备上对应的显示画面。该解码电路将模拟复合视频信号解码成符合ITU－ＲBT．656标准的数字视频信号输出，方便TMS320F2812处理器进行数字视频信号输出，容易进行数字视频图像去隔行、分辨率转换甚至MPEG编码等处理;通过TVP5150完成芯片初始化设置。图3TVP5150视频解码电路Fig．3TVP5150videodecodingcircuit2．3视频编码电路的设计模拟视频信号转化为数字信号后，Y和UV信号需要在准确相同的时序下才能重新叠加复合为视频信号输出。通常来说，视频编码电路的设计过程比较复杂，主要包括滤波、调节色彩、添加时钟信号，以及进行数模信号的转化等。本文选用SAA7105对视频图像进行处理后输出，该芯片集成度高，内部包括输入信号格式器、彩色空间转换器、高质量的定标器和抗抖动式滤波器，可以在低电压模式下输出图像处理信号，被处理的视频信号经过低通滤波后编码为模拟信号。SAA7105显示接口电路如图4所示。图4SAA7105显示接口Fig．4SAA7105displayinterface3视觉系统开发平台—实时操作系统本文设计的软件开发平台采用uC/OS－II系统，采摘机器人视觉系统利用uC/OS－II内核实现智能控制功能。3．1采摘机器人视觉系用软件总体设计控制系统的硬件部分是机器视觉系统正常运作的平台，而硬件部分的协调运行必须依靠底层程序驱动。嵌入式视觉系统软件总体设计如图5所示。图5中，整个软件的设计包含以下几个部分:①CCD摄像机采集一组视频信号;②对视频信息进行
【参考文献】：
期刊论文
[1]智能移动式水果采摘机器人设计——基于机器视觉技术[J]. 孙承庭,胡平. 农机化研究. 2016(08)
[2]用于采摘机器人的空间定位方法及试验[J]. 杨永. 制造业自动化. 2014(23)
[3]果蔬采摘机器人末端执行器研究进展与分析[J]. 李国利,姬长英,翟力欣. 中国农机化学报. 2014(05)
[4]基于机器视觉技术啤酒空瓶检测系统设计[J]. 孙立军,令晓明. 电子世界. 2012(18)
[5]苹果采摘机器人对振荡果实的快速定位采摘方法[J]. 吕继东,赵德安,姬伟,陈玉,沈惠良,张颖. 农业工程学报. 2012(13)
[6]开放分布式苹果采摘机器人控制系统研究及实现[J]. 吕继东,赵德安,姬伟,郭金亮,李占坤. 小型微型计算机系统. 2012(02)
[7]开放式茄子采摘机器人设计与试验[J]. 宋健,孙学岩,张铁中,张宾,徐丽明. 农业机械学报. 2009(01)
[8]采摘机器人视觉伺服控制系统设计[J]. 赵庆波,赵德安,姬伟,张超,申景凤. 农业机械学报. 2009(01)
[9]机器人视觉伺服系统结构及实现[J]. 田梦倩,罗翔. 制造业自动化. 2005(12)
博士论文
[1]温室果蔬采摘机器人视觉信息获取方法及样机系统研究[D]. 纪超.中国农业大学 2014
[2]苹果采摘机器人视觉测量与避障控制研究[D]. 吕继东.江苏大学 2012
[3]黄瓜采摘机器人视觉关键技术及系统研究[D]. 戚利勇.浙江工业大学 2011
[4]柑橘采摘机器人工作场景信息感知技术与路径规划研究[D]. 吕强.江苏大学 2010
硕士论文
[1]基于双目立体视觉的工业机器人目标识别及定位研究[D]. 聂春鹏.长安大学 2015
[2]基于机器视觉的智能啤酒瓶污损检测系统的研究与设计[D]. 任娇.曲阜师范大学 2015
[3]果蔬采摘机器人视觉技术研究及系统构建[D]. 付中军.沈阳工业大学 2014
[4]嵌入式家居视频监控远程控制的研究与实现[D]. 陈军.湖南大学 2013
[5]基于FPGA的嵌入式视觉检测系统及IP核设计[D]. 王锐煌.广东工业大学 2011
[6]果树采摘机器人控制系统研究与设计[D]. 李占坤.江苏大学 2010
[7]基于ARM的电火花线切割机数控系统研究[D]. 陈涛.南京航空航天大学 2010
[8]基于ARM7的嵌入式μC/TCP-IP协议栈的研究与实现[D]. 李佳旭.西安电子科技大学 2010
[9]基于机器视觉的猕猴桃果实识别与定位关键技术研究[D]. 丁亚兰.西北农林科技大学 2009
[10]苹果采摘机器人机械手结构设计与分析[D]. 杨文亮.江苏大学 2009
本文编号：3614794
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