本發明涉及機器人領域，尤其涉及用于引導機器人智能抓取的嵌入式機器視覺測控系統。

背景技術：

機器人智能抓取系統是一種工業現場常用的物體搬運放置系統。廣泛應用于機械、電子、半導體、制藥等眾多領域。在機器人智能抓取技術中，視覺引導技術起著關鍵作用，使用機器視覺技術采集圖像分析處理之后輸出物體的空間位置，并通過對執行裝置輸出控制信號達到對物體的控制抓取，之后再經過圖像采集與處理計算出物體放置的精確位置，進行放置。從而達到使機器人智能抓取系統有效地代替人類完成特定場合物體搬運的功能。

目前用于引導機器人智能抓取的視覺測控系統主要分為兩種，第一種由工控機和視覺傳感器組成，第二種由嵌入式設備和視覺傳感器組成。在第一種用于引導機器人智能抓取的視覺測控系統中，工控機雖然具有實時處理速度較快，性能強大的優點，但是其成本高、占用空間大、安裝不方便的缺點仍然不可忽視，這也是制約工控機在工業機器視覺作業現場大規模使用的一個因素。近年來隨著嵌入式芯片技術以及機器視覺的發展和研究，嵌入式機器視覺測控系統應運而生，并且在引導機器人智能抓取中得到了一定的發展和應用。

如中國專利200910028931.1，提供了一種嵌入式機器視覺測控系統，這種裝置使用FPGA和DSP分別來采集和處理圖片，雖然起到了圖像實時采集處理的作用，但是圖像處理算法的編寫無法借助于集成的OPENCV開發庫，圖像處理難度較大且不夠優化，無法實現普遍的推廣和使用。

如中國專利200910234422.4，提供了一種嵌入式機器視覺智能終端，采用ARM9芯片負責一切數字和邏輯運算，雖然簡化了圖像處理的編程難度并可以實時修改視覺傳感器的參數，但并不具有視覺傳感器補光燈光源且所采用WINCE操作系統，難于裁剪，對資源要求較高，實時性較差，在光線較暗外界環境較復雜的環境中使用效果較差，并且圖像處理的實時性不能保證，極難應用到實際的工業現場中。

目前國內外引導機器人智能抓取所使用的嵌入式機器視覺測控系統主要為國外知名機器視覺公司生產，這類機器視覺產品往往定價高，且售后服務并不能令人滿意。在國內，用于引導機器人智能抓取的嵌入式機器視覺測控技術屬于一個新興的技術領域，近年來隨著國家工業4.0計劃的提出，國內機器人技術蓬勃發展，機器視覺技術正變得越來越重要，開發具有自主知識產權的用于引導機器人智能抓取的嵌入式機器視覺測控系統具有深遠重大的意義。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是實現一種成本較低、占用空間小、安裝方便、環境適應能力強的抓取機器人的嵌入式測控系統。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案為：用于引導機器人智能抓取的嵌入式測控系統，包括嵌入式ARM11處理器、攝像頭傳感器模塊和補光燈光源；所述嵌入式ARM11處理器與攝像頭傳感器模塊之間通過USB接口相連接，所述嵌入式ARM11處理器控制攝像頭傳感器模塊的圖像采集與停止，所述嵌入式ARM11處理器通過I/O口連接補光燈光源為其提供電源，所述嵌入式ARM11與機器人抓取執行機構之間通過以太網接口相連接進行數據的收發通信。

所述嵌入式ARM11處理器通過九針調試串口與PC機相連接、通過LVDS接口連接可觸摸顯示屏，所述嵌入式ARM11通過九針調試串口與PC機相連接前期進行引導機器人智能抓取圖像處理文件的下載，所述嵌入式ARM11平臺與可觸摸顯示屏之間通過LVDS接口相連接用于所采集圖像、工作狀態的實時顯示以及攝像頭參數的修改。

所述嵌入式ARM11處理器為三星ITOP4412核心處理器，所述可觸摸顯示屏為電阻屏，所述攝像頭傳感器模塊為最高1200萬像素可選的無畸變120度廣角攝像頭，所述補光燈光源為LED光源。

所述攝像頭傳感器模塊和補光燈光源集成為一體，所述攝像頭傳感器模塊的攝像頭位于補光板中心，所述補光燈光源圍繞攝像頭一周均勻設置，所述補光板邊緣設有固定孔并通過螺釘固定在攝像頭傳感器模塊的底座上。

基于所述用于引導機器人智能抓取的嵌入式測控系統的測控方法，前期用戶根據需要通過PC機開發出機器人智能抓取視覺引導測控可執行文件，通過調試串口下載到嵌入式ARM11開發平臺之后；

1)系統開始工作；

2)判斷是否獲得抓取觸發信號，若是執行下一步，若否等待；

3)觸發攝像頭傳感器模塊采集圖像；

4)攝像頭傳感器模塊采集待抓取物體的圖像信息；

5)嵌入式ARM11處理器計算出物體的空間坐標位置；

6)向機器人抓取執行機構發出抓取執行信號，并停止圖像采集；

7)機器人抓取執行機構抓取物體至需要放置位置上方時，再次觸發攝像頭傳感器模塊采集圖像；

8)攝像頭傳感器模塊采集放置區域圖像信息；

9)嵌入式ARM11處理器計算出空間位置用于待放置物體的放置；

10)向機器人抓取執行機構發出放置執行信號，并停止圖像采集；

11)返回步驟2)。

所述嵌入式ARM11處理器實時將所拍攝到的圖像信息發送至可觸摸顯示屏顯示，所述可觸摸顯示屏根據用戶操作通過嵌入式ARM11處理器對攝像頭的亮度、對比度、色調、飽和度、清晰度、白平衡、曝光度或圖像增益度等參數信息進行調節。

系統工作前，用戶可根據需要由PC機開發出機器人智能抓取視覺引導測控可執行文件，通過調試串口下載到嵌入式ARM11開發平臺中。

本發明的優點在于:

1、本發明使用目前最高性能的ARM11嵌入式開發平臺，其操作系統為Linux+Qt操作系統，此種開源操作系統，可裁剪滿足各種需求，靈活強大，可控性高，實時性較好，開發調試方便；

2、本發明為ARM11嵌入式開發平臺移植經過裁剪、編譯和優化之后的圖像處理OPENCV庫，后期的圖像處理算法可直接在OPENCV庫的基礎上進行，大大縮短了圖像處理算法的開發周期，可最大程度優化、簡化圖像處理算法，保障圖像處理的實時性；

3、本發明為視覺傳感器設計了環形補光燈光源，可保證視覺傳感器在光線較暗，外界環境較復雜的情況下依然能夠采集到高質量的圖像，保障了視覺測控系統在實際工業現場的實用性；

4、本發明可以通過調試串口下載執行用戶根據需要開發出的各種用于引導機器人智能抓取的作業軟件，用于系統調度執行，并且視覺傳感器參數可調，具有普遍適用性。

附圖說明

下面對本發明說明書中每幅附圖表達的內容作簡要說明：

圖1為嵌入式測控系統框圖；

圖2為嵌入式測控方法流程圖；

圖3為可觸摸顯示屏顯示示意圖；

圖4為攝像頭傳感器模塊和補光燈光源集成結構示意圖。

具體實施方式

如圖1所示，用于引導機器人智能抓取的嵌入式測控系統主要包括嵌入式ARM11處理器、攝像頭傳感器模塊、補光燈光源和可觸摸顯示屏。

嵌入式ARM11處理器為系統核心部件，由于系統基于ARM處理器構建，其能夠移植成熟的OPENCV庫，圖像處理算法能夠借助OPENCV庫來完成，并采用開源、易于裁剪、實時性較好的Linux系統，開發調試方便，易于推廣和使用。

嵌入式ARM11處理器優選綜合性能較強的三星ITOP4412核心處理器，其為基于Cortex-A9內核的四核處理器，最高主頻為1.6GHZ,具有2GB雙通道DDR3，16GB超大內存，能夠滿足圖像處理實時性的需求。

嵌入式ARM11處理器通過USB通信接口連接攝像頭傳感器模塊，攝像頭傳感器模塊采用USB免驅攝像頭傳感器，攝像頭傳感器模塊通過USB通信接口向嵌入式ARM11處理器發送所采集的圖像信息，嵌入式ARM11處理器通過USB接口向攝像頭傳感器模塊發送采集/停止信號。

嵌入式ARM11處理器通過普通I/O口連接補光燈光源，其通過這兩個普通I/O為補光燈光源提供電源，由于采用了補光燈光源為攝像頭補光，使得本套裝置實時性較好，在光線較暗，外界環境較復雜的環境中依然具有很好的使用效果。

如圖4所示，攝像頭傳感器模塊和補光燈光源集成為一體，攝像頭傳感器模塊的攝像頭和補光燈光源位于補光板的同一側，補光板可以采用白板，提高補光光源的效果，攝像頭傳感器模塊的攝像頭位于補光板中心，補光燈光源圍繞攝像頭一周均勻設置，補光燈光源采用15顆LED補光燈光源，攝像頭采用最高1200萬像素可選的無畸變120度廣角攝像頭，補光板邊緣設有固定孔，通過穿過固定孔的螺釘將補光板固定在攝像頭傳感器模塊的底座上，保障攝像頭在較復雜的外界環境下依然能夠實時采集到高質量的圖像，并能在進一步簡化攝像頭操作，降低了系統成本。

嵌入式ARM11處理器通過LVDS接口連接可觸摸顯示屏，可觸摸顯示屏選擇電阻屏，防止復雜工業現場中由于屏幕過于靈敏，造成的誤操作。嵌入式ARM11處理器實時將所拍攝到的圖像信息發送至可觸摸顯示屏顯示，可觸摸顯示屏根據用戶操作通過嵌入式ARM11處理器對攝像頭的亮度、對比度、色調、飽和度、清晰度、白平衡、曝光度或圖像增益度等參數信息進行調節。如圖3所示，嵌入式ARM11處理器向可觸摸顯示屏的實時顯示信息包括圖片信息和參數信息，圖片信息為在圖像預覽區顯示的拍攝到的圖像，參數信息為嵌入式ARM11處理器的工作狀態、傳感器參數、物體位置信息。同時用戶可以通過對可觸摸顯示屏的操作向嵌入式ARM11處理器發送控制信息，包括亮度、對比度、色調、飽和度、清晰度、白平衡、曝光度或圖像增益度的調節信息，調節攝像頭和處理器的工作參數。

嵌入式ARM11處理器通過以太網連接機器人抓取執行機構，以太網的通信采用TCP/IP協議，該協議為面向連接的網絡通信協議，可靠性高，傳輸速率快，嵌入式ARM11處理器與機器人抓取執行機構通過TCP/IP協議進行數據通信。

嵌入式ARM11處理器通過九針調試串口與PC機相連接，系統工作前期，用戶可根據需要通過PC機開發出機器人智能抓取視覺引導測控軟件，通過調試串口下載到嵌入式ARM11處理器中。

如圖2所示，基于上述用于引導機器人智能抓取的嵌入式測控系統的測控方法如下：

1)系統開始工作，系統進行初始化；

2)判斷是否獲得抓取觸發信號，若是執行下一步，若否等待，觸發信號可以人工輸入，也可以根據預設程序在達到某個設定條件時自動產生；

3)觸發攝像頭傳感器模塊進行圖像采集；

4)攝像頭傳感器模塊采集待抓取物體的圖像信息，并將圖像信息輸送至嵌入式ARM11處理器；

5)嵌入式ARM11處理器獲得圖像信息后，根據圖像信息計算出物體的空間坐標位置；

6)嵌入式ARM11處理器向機器人抓取執行機構發出抓取執行信號，并停止攝像頭傳感器模塊的圖像采集；

7)機器人抓取執行機構抓取物體至需要放置位置上方時，觸發攝像頭傳感器模塊；

8)攝像頭傳感器模塊采集放置區域圖像信息，并將圖像信息輸送至嵌入式ARM11處理器；

9)嵌入式ARM11處理器獲得圖像信息后，根據圖像信息計算出待放置物體的放置坐標位置；

10)嵌入式ARM11處理器向機器人抓取執行機構發出放置執行信號，并停止攝像頭傳感器模塊的圖像采集；

11)返回步驟2)，如此循環往復。

上面結合附圖對本發明進行了示例性描述，顯然本發明具體實現并不受上述方式的限制，只要采用了本發明的方法構思和技術方案進行的各種非實質性的改進，或未經改進將本發明的構思和技術方案直接應用于其它場合的，均在本發明的保護范圍之內。