柑橘果园机器人仿生眼的目标跟踪与定位系统

发布时间：2024-03-12 04:13

　　针对传统柑橘园林机器人云台视野范围小、定位精度低等问题,在仿生眼平台上,提出一种基于连续自适应均值偏移(CAM shift)算法和变结构比例-积分-微分(PID)控制器相结合的目标跟踪方法。具体包括效仿人类眼颈的结构特点,设计一个4自由度的仿生眼视觉平台;建立仿生眼的成像模型,提出一种相机外参数自适应标定方法,以解决仿生眼平台外参数会随着相机位姿改变而不断变化的问题;提出基于CAM shift的仿生眼目标跟踪算法,成功实现了对于目标的持续跟踪;为提高仿生眼系统在饱和非线性特性下的动态响应性能,提出采用基于抗饱和(anti-windup)的变结构自适应PID控制器来设计仿生眼控制系统。以柑橘为研究对象,在设计的仿生眼平台上开展实验。结果表明:本文方法左眼平均中心位置像素误差(CPE)为7.2,右眼CPE6.1,均小于设计所要求的CPE10,且每帧图像处理过程小于0.1 s。系统能满足实际应用,具有较高的鲁棒性和准确性。

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【部分图文】：

图1仿生云台结构设计

对每个关节做受力分析,进行最大力矩估算。图2为机构简图,图2中αi(i=1,2,3,4)为关节旋转角度。为了简化计算,将两个相机看成一个质点,质量m为190g。L为相机质心到俯仰轴线的长度,L=205mm。B为两个相机质心的距离,B=80mm。图2机构简图

图2机构简图

图1仿生云台结构设计以旋转底座关节为例,估算其电机所需功率计算过程如下。

图3坐标系设置

式(4)中:L1、L2、L3为相邻两个坐标原点之间的长度:q1、q2、q3、q4、q5为坐标系进行变换所要转的角度。2.2相机内参数标定

图4基于Anti-windup的PID控制器结构

控制器的输出和输入之间存在非线性时,控制器PI/PID积分部分会产生一种不良现象即控制器的windup问题[16]。实际的仿生眼控制系统具有突出的饱和非线性特性。引入适当的补偿环节,使控制系统在出现饱和现象时仍能达到满意系统响应,提出一种变结构PID控制器,其结构如图4所示。当控....

本文编号：3926524