CN114095872A - 基于机器视觉反馈的快速定位***和方法 - Google Patents

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CN114095872A CN202111404160.9A CN202111404160A CN114095872A CN 114095872 A CN114095872 A CN 114095872A CN 202111404160 A CN202111404160 A CN 202111404160A CN 114095872 A CN114095872 A CN 114095872A
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李宁
黄宇航
王保升
陈国军
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/02—Services making use of location information
    • H04W4/029—Location-based management or tracking services
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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Abstract

本发明公开了一种基于机器视觉反馈的快速定位***和方法，所述快速定位***包括工业相机，视觉测量工作站、快速定位控制板、交流伺服***、传动机构及定位标识装置；所述工业相机通过USB总线与视觉测量工作站连接，视觉测量工作站通过机器视觉测量实时检测位置误差，形成位置误差信号；所述视觉测量工作站通过USB总线与快速定位控制板相连，快速定位控制板接收位置误差信号，通过变系数比例控制算法得到速度控制信号；所述快速定位控制板通过RS485总线与交流伺服***连接，将速度控制信号发送给交流伺服***，交流伺服***驱动交流伺服电机带动传动机构，实现基于机器视觉反馈的快速定位控制。

Description

基于机器视觉反馈的快速定位***和方法
技术领域
本发明涉及快速定位方法技术领域，具体涉及基于机器视觉反馈的快速定位***和方法。
背景技术
精密数控机床，手术机器人等领域都需要快速定位***，通过快速定位***实现交流伺服电机的快速、准确的进给控制。但是有些场合中没法在工作台上安装精密的位置检测元件，如感应同步器或光栅尺等，这种场合下利用机器视觉实时测量位置误差就成了较好的选择，因此需要一种基于机器视觉反馈的快速定位***和方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于机器视觉反馈的快速定位***，以解决上述背景技术中提出的实际问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：基于机器视觉反馈的快速定位***，所述基于机器视觉反馈的快速定位***包括工业相机，视觉测量工作站、快速定位控制板、交流伺服***、传动机构及定位标识，所述工业相机通过USB总线与视觉测量工作站连接，所述视觉测量工作站通过USB与快速定位控制板相连，所述快速定位控制板通过RS485总线与交流伺服***连接，交流伺服***驱动交流伺服电机，交流伺服电机带动传动机构。
进一步在于：所述传动装置及定位标识由移动标识和终点标识两部分组成，其间的实时距离构成位置误差。
进一步在于：所述视觉测量工作站由计算机及测量软件构成。
进一步在于：所述快速定位控制板以STM32H750芯片为核心处理器，接收测量工作站发出的位置误差信号，并进行定位控制运算，形成速度控制信号，发送到交流伺服***。
基于机器视觉反馈的快速定位方法，该方法为：
利用机器视觉测量，以固定控制周期实时检测位置误差，形成实时位置反馈信号，实现位置闭环控制，由位置控制器计算速度控制信号，发送到由交流伺服***构成的速度控制单元，驱动交流伺服电机完成快速定位控制。
进一步在于：所述位置控制器计算速度控制信号的方法是变系数的比例控制方法，其步骤是：
步骤一：确定第一临界位置误差
Figure 265000DEST_PATH_IMAGE001
和第二临界位置误差
Figure 87594DEST_PATH_IMAGE002
；
步骤二：根据当前的位置误差
Figure 262223DEST_PATH_IMAGE003
选择合适的控制增益
Figure 394127DEST_PATH_IMAGE004
，如果位置误差
Figure 404940DEST_PATH_IMAGE005
，则选择控制增益
Figure 14913DEST_PATH_IMAGE006
，如果位置误差
Figure 778470DEST_PATH_IMAGE007
，则选择控制增益
Figure 346854DEST_PATH_IMAGE008
，如果位置误差
Figure 579383DEST_PATH_IMAGE009
，则交流伺服电机以最大进给速度
Figure 993047DEST_PATH_IMAGE010
运转；
步骤三：根据选定的位置控制增益通过变系数比例控制算法，运算出交流伺服***的速度控制信号
Figure 876690DEST_PATH_IMAGE011
，速度控制信号
Figure 350396DEST_PATH_IMAGE011
如下式：
Figure 67292DEST_PATH_IMAGE012
。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明采用基于机器视觉反馈的快速定位方法，利用机器视觉对传机构上的定位标志点进行位置检测，结合变系数比例控制方法实现对伺服电机的快速定位控制，变系数比例控制方法可以有效的实现无超调定位，提高***的稳定性、快速性，而相比于传统定位***，在一些场合中没法安装精密的光学位置检测原件，例如：在一些液体中或多尘且肮脏的环境中，需要利用机器视觉实时测量位置误差，构成一个基于机器视觉反馈的快速定位***。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是基于机器视觉反馈的快速定位***的结构示意图。
图2是基于机器视觉反馈的快速定位***的实时控制流程图。
图3是基于机器视觉反馈的快速定位***的定位标识示意图。
图4是基于机器视觉反馈的快速定位***的结构框图。
图5是变系数比例控制算法的说明图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：基于机器视觉反馈的快速定位***，所述基于机器视觉反馈的快速定位***包括工业相机，视觉测量工作站、快速定位控制板、交流伺服***、传动机构及定位标识，所述工业相机通过USB总线与视觉测量工作站连接，所述视觉测量工作站通过USB与快速定位控制板相连，所述快速定位控制板通过RS485总线与交流伺服***连接，交流伺服***驱动交流伺服电机，交流伺服电机带动传动机构。
进一步地，所述传动装置及定位标识由移动标识和终点标识两部分组成，其间的实时距离构成位置误差。
进一步地，视觉测量工作站由计算机及测量软件构成，并通过视觉测量算法对定位标识图像中当前位置与定位终点位置间的误差进行实时计算，形成位置误差信号。
进一步地，快速定位控制板以STM32H750芯片为核心处理器，接收测量工作站发出的位置误差信号，并进行定位控制运算，形成速度控制信号，发送到交流伺服***。
基于机器视觉反馈的快速定位方法，具体包括以下方法：
利用机器视觉测量，以固定控制周期实时检测位置误差，形成实时位置反馈信号，实现位置闭环控制，由位置控制器计算速度控制信号，发送到由交流伺服***构成的速度控制单元，驱动交流伺服电机完成快速定位控制。
进一步地，位置控制器由位置控制器计算速度控制信号的算法的步骤是：
步骤一：确定第一临界位置误差
Figure 832117DEST_PATH_IMAGE001
和第二临界位置误差
Figure 586577DEST_PATH_IMAGE002
；
步骤二：根据当前的位置误差
Figure 496765DEST_PATH_IMAGE003
选择合适的控制增益
Figure 953154DEST_PATH_IMAGE004
，如果位置误差
Figure 456423DEST_PATH_IMAGE005
，则选择控制增益
Figure 49078DEST_PATH_IMAGE006
，如果位置误差
Figure 130167DEST_PATH_IMAGE007
，则选择控制增益
Figure 73852DEST_PATH_IMAGE008
，如果位置误差
Figure 383742DEST_PATH_IMAGE009
，则交流伺服电机以最大进给速度
Figure 96483DEST_PATH_IMAGE010
运转；
步骤三：根据选定的位置控制增益通过变系数比例控制算法，运算出交流伺服***的速度控制信号
Figure 817314DEST_PATH_IMAGE011
，速度控制信号
Figure 248295DEST_PATH_IMAGE011
如下式：
Figure 361876DEST_PATH_IMAGE012
。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料过着特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
在本发明公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本发明的实施例不必定义在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (6)

1.基于机器视觉反馈的快速定位***，其特征在于，所述基于机器视觉反馈的快速定位***包括工业相机，视觉测量工作站、快速定位控制板、交流伺服***、传动机构及定位标识，所述工业相机通过USB总线与视觉测量工作站连接，所述视觉测量工作站通过USB与快速定位控制板相连，所述快速定位控制板通过RS485总线与交流伺服***连接，交流伺服***驱动交流伺服电机，交流伺服电机带动传动机构。
2.根据权利要求1所述的基于机器视觉反馈的快速定位***，其特征在于，所述传动装置及定位标识由移动标识和终点标识两部分组成，其间的实时距离构成位置误差。
3.根据权利要求1所述的基于机器视觉反馈的快速定位***，其特征在于，所述视觉测量工作站由计算机及测量软件构成。
4.根据权利要求1所述的基于机器视觉反馈的快速定位***，其特征在于，所述快速定位控制板以STM32H750芯片为核心处理器，接收测量工作站发出的位置误差信号，并进行定位控制运算，形成速度控制信号，发送到交流伺服***。
5.基于机器视觉反馈的快速定位方法，其特征在于，该方法利用机器视觉测量，以固定控制周期实时检测位置误差，形成实时位置反馈信号，实现位置闭环控制，由位置控制器计算速度控制信号，发送到由交流伺服***构成的速度控制单元，驱动交流伺服电机完成快速定位控制。
6.根据权利要求5所述的基于机器视觉反馈的快速定位方法，其特征在于，所述位置控制器计算速度控制信号的方法是变系数的比例控制方法，其步骤是：
步骤一：确定第一临界位置误差
Figure 681205DEST_PATH_IMAGE001
和第二临界位置误差
Figure 664205DEST_PATH_IMAGE002
；
步骤二：根据当前的位置误差
Figure 262676DEST_PATH_IMAGE003
选择合适的控制增益
Figure 467262DEST_PATH_IMAGE004
如果位置误差
Figure 978140DEST_PATH_IMAGE005
则选择控制增益
Figure 573069DEST_PATH_IMAGE006
如果位置误差
Figure 457455DEST_PATH_IMAGE007
则选择控制增益
Figure 64017DEST_PATH_IMAGE008
如果位置误差
Figure 260643DEST_PATH_IMAGE009
则交流伺服电机以最大进给速度
Figure 936344DEST_PATH_IMAGE010
运转；
步骤三：根据选定的位置控制增益通过变系数比例控制算法，运算出交流伺服***的速度控制信号
Figure 486405DEST_PATH_IMAGE011
，速度控制信号
Figure 367380DEST_PATH_IMAGE011
如下式：
Figure 266066DEST_PATH_IMAGE012
。
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