CN216561432U - 一种仿生头视觉跟踪*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的仿生头视觉跟踪***，相机固定在底座上，底座通过俯仰电机与支架相连，仿真头通过旋转电机固定在支架上；相机通过数据传输线与上位机相连，上位机与控制板互连，控制板通过驱动器与旋转电机、俯仰电机分别相连；上位机用于参数设置并下发至控制板，控制板根据上位机设置的参数输出控制指令；驱动器根据控制指令控制旋转电机和/或俯仰电机执行相应的动作，相机用于视觉图像采集并传输至上位机。本实用新型采用模糊控制和PID控制相结合，输出控制指令至驱动器，驱动器通过PWM驱动旋转电机、俯仰电机，实现了仿真头视觉跟踪精确运动。

Description

一种仿生头视觉跟踪***

技术领域

本实用新型涉及仿生头控制技术领域，具体涉及一种仿生头视觉跟踪***。

背景技术

随着机器人技术的发展和应用，仿人机器人相关技术也越来越受关注，机器视觉跟踪是其中重要部分。现有的机器视觉跟踪已经很成熟，但主要用在工业上进行各类物体识别和定位。

现有的仿真头视觉跟踪，电机带动仿真头运动，电机采用传统PID控制，可以达到理想的精度和速度控制，但速度和加速度的不同设置，会导致实际控制效果过快或骤停，显得机械不自然。

发明内容

发明目的：本实用新型目的在于针对现有技术的不足，提供一种仿生头视觉跟踪***，本实用新型采用模糊控制和PID控制相结合，输出控制指令至驱动器，驱动器通过PWM驱动旋转电机、俯仰电机，实现了仿真头视觉跟踪精确运动。

技术方案：本实用新型所述仿生头视觉跟踪***，包括上位机、控制板、驱动器、旋转电机、俯仰电机、相机、仿真头；所述相机固定在底座上，底座通过俯仰电机与支架相连，所述仿真头通过旋转电机固定在支架上；所述相机通过数据传输线与上位机相连，上位机与控制板互连，控制板通过驱动器与旋转电机、俯仰电机分别相连；所述上位机用于参数设置并下发至控制板，控制板根据上位机设置的参数输出控制指令；所述控制板设有模糊控制器和PID控制器，所述模糊控制器输出速度和加速度控制指令，所述PID控制器用于输出角度控制指令；所述驱动器根据控制指令控制旋转电机和/或俯仰电机执行相应的动作，所述相机用于视觉图像采集并传输至上位机。

进一步完善上述技术方案，所述控制板采用STM32控制板，所述驱动器采用URT驱动器。

进一步地，所述上位机通过RS232串口与控制板相连，所述控制板通过UART串口与URT驱动器相连，所述驱动器输出PWM信号分别至所述旋转电机、俯仰电机。

有益效果：与现有技术相比，本实用新型的优点在于：本实用新型控制板输出控制指令至驱动器，驱动器通过PWM驱动旋转电机、俯仰电机，实现了仿真头视觉跟踪精确运动；控制板采用模糊控制和PID控制相结合，根据人的头部运动特点，在不同运动距离和速度下的运动参数，显得不机械僵硬。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的电路控制框图；

图3是本实用新型中相机成像的示意图；

图4是本实用新型中隶属度函数曲线。

具体实施方式

下面通过附图对本实用新型技术方案进行详细说明，但是本实用新型的保护范围不局限于所述实施例。

如图1所示的仿生头视觉跟踪***，包括上位机、控制板、驱动器、旋转电机1、俯仰电机2、相机3、仿真头；相机3固定在底座4上，底座4通过俯仰电机2与支架相连，仿真头通过旋转电机1固定在支架上；相机3通过数据传输线与上位机相连，上位机与控制板互连，控制板通过驱动器与旋转电机1、俯仰电机2分别相连。相机3主要实现视觉图像的采集；旋转电机1主要控制仿真头的旋转；俯仰电机2主要控制仿真头的俯仰。

如图2所示，上位机，主要用来进行用户交互操作，并通过RS232串口将具体控制命令下发到控制板；STM32控制板，主要根据控制上位机下发的具体指令，来实现基本的PID控制，并实时检测电机状态，将执行状态上报上位机；驱动器，与旋转电机、俯仰电机的物理驱动接口连接，根据STM32控制板下发执行命令带动相应的电机运动。俯仰电机和旋转电机，根据驱动器输出的PWM信号，分别驱动仿真头执行相关动作，实现仿真头的相应运动。相机通过USB数据接口与上位机相连，实时传送采集到的外界图像，供上位机处理。

如图3所示的相机成像原理，根据相机视角，对应到物理成像平面分辨率，确认相机所能拍照的像素范围P，也就是实际视角θ。根据电机编码器分辨率β，计算像素到编码器映射关系p=θ*β/360，β/360即为度代表的编码器脉冲，θ*β/360是视角θ所代表的编码脉冲数。K=p/P，表示的就是一个像素所代表的脉冲数，这样就将成像平面像素数据偏离中心点的距离，换算成电机实际要运行的角度，达到精确控制目的。

控制板采用模糊控制器和PID控制器相结合的方法，根据物体在成像平面中心的偏离距离，确定不同控制速度和加速度：偏离远、速度大，偏离近、速度小。速度与偏离的关系采用模糊控制器，隶属度函数采用S曲线，如图4所示。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本实用新型，但其不得解释为对本实用新型自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本实用新型的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (3)

1.一种仿生头视觉跟踪***，其特征在于：包括上位机、控制板、驱动器、旋转电机、俯仰电机、相机、仿真头；所述相机固定在底座上，底座通过俯仰电机与支架相连，所述仿真头通过旋转电机固定在支架上；所述相机通过数据传输线与上位机相连，上位机与控制板互连，控制板通过驱动器与旋转电机、俯仰电机分别相连；所述上位机用于参数设置并下发至控制板，控制板根据上位机设置的参数输出控制指令；所述控制板设有模糊控制器和PID控制器，所述模糊控制器输出速度和加速度控制指令，所述PID控制器用于输出角度控制指令；所述驱动器根据控制指令控制旋转电机和/或俯仰电机执行相应的动作，所述相机用于视觉图像采集并传输至上位机。

2.根据权利要求1所述的仿生头视觉跟踪***，其特征在于：所述控制板采用STM32控制板，所述驱动器采用URT驱动器。

3.根据权利要求1所述的仿生头视觉跟踪***，其特征在于：所述上位机通过RS232串口与控制板相连，所述控制板通过UART串口与URT驱动器相连，所述驱动器输出PWM信号分别至所述旋转电机、俯仰电机。

Images