具有顏色識別功能的類(lèi)人機器人設計

摘要：針對傳統類(lèi)人機器人在控制系統實(shí)時(shí)性和視覺(jué)識別方面的不足，以S3C6410作為主控芯片，設計了具有視覺(jué)識別功能的類(lèi)人機器人控制系統，通過(guò)改進(jìn)和簡(jiǎn)化視頻識別算法取得了良好的目標識別效果。實(shí)驗表明，基于本控制系統設計而成的類(lèi)人機器人實(shí)時(shí)性好，目標識別準確，通過(guò)調整運動(dòng)路徑能夠快速找到目標。
關(guān)鍵詞：類(lèi)人機器人；嵌入式實(shí)時(shí)操作系統；機器視覺(jué)；顏色識別

引言
智能移動(dòng)機器人是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一門(mén)綜合學(xué)科，涉及機械設計、傳感檢測、人工智能等多方面知識。類(lèi)人機器人的控制系統分為三個(gè)層次：最上層是機器人的策略規劃層，利用各種算法實(shí)現各部分的功能；中間一層運行各類(lèi)應用程序的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統；最底層是硬件平臺，通過(guò)外圍接口獲得各類(lèi)數據、信息。
自主機器人利用傳感器獲取的信息控制機器人的動(dòng)作。本文根據武術(shù)擂臺機器人的實(shí)際需要，設計了機器人的控制系統，實(shí)現攝像頭圖像采集、處理和舵機控制等功能。
策略規劃層中，由于圖像信息具有信息豐富、對場(chǎng)景描述完全的特點(diǎn)，主要通過(guò)處理攝像頭采集的圖像信息實(shí)現顏色目標定位。這里采用Linux嵌入式操作系統，由于嵌入式系統資源的限制，要求目標識別算法運行效率高，占用內存空間小。硬件平臺主要是控制舵機實(shí)現機器人的運動(dòng)控制。

1 系統控制電路與視頻識別算法
1．1 機器人整體架構
在武術(shù)擂臺技術(shù)挑戰賽中，機器人要采集目標的位置信息。由于I／O、A／D轉換的有效檢測距離有限，機器人采用攝像頭采集場(chǎng)地上的圖像信息，根據目標的顏色進(jìn)行識別、定位。當檢測到目標位置以后控制舵機自主運動(dòng)向目標靠攏，完成自我介紹、抱繡球等動(dòng)作。所設計的機器人外形如圖1所示。

從圖中可以看出，機器人頭部采用攝像頭，通過(guò)USB接口與主控板進(jìn)行連接，用于采集圖像信息。機器人腰部、腿部、胳膊各關(guān)節利用舵機使其具有一定的自由度，用到的舵機為CDS系列數字舵機。它內部有ATmega8芯片，主控板通過(guò)串口與ATmega8通信，就可以實(shí)現舵機的控制。針對以上要求，同時(shí)考慮系統的實(shí)時(shí)性，采用S3C6410作為主控芯片。實(shí)際控制系統總體框圖如圖2所示。
1．2 舵機控制系統設計
主控板通過(guò)串口1完成與舵機之間的數據通信，舵機控制電路的原理圖如圖3所示。

由于半雙工數據線(xiàn)只有一根，所以必須在電路上實(shí)現發(fā)送和接收上的分離。這里網(wǎng)絡(luò )Robotis_UART一端直接接到舵機的信號線(xiàn)上，而另一端經(jīng)過(guò)74HC126的兩個(gè)緩沖器分別與主控芯片的TXD1和RXD1相連，再通過(guò)主控芯片使能的方式來(lái)確定是發(fā)送還是接收數據。主控芯片可以使NLED1為高而NLED2為低，這時(shí)TXD1就取得了線(xiàn)路的控制權，主控芯片就可以發(fā)送數據到舵機了。反之，當NLED2為高而NLED1為低時(shí)，這時(shí)RX D1就取得了線(xiàn)路的控制權，這時(shí)舵機可以返回數據。