機器人障(zhang)礙檢(jian)測(ce)系(xi)統控制板關系(xi)著運(yun)動(dong)的智能化(hua)程度(du)，本(ben)案例中的機器人障(zhang)礙檢(jian)測(ce)控制方案基于ARM處(chu)理器、視覺(jue)傳感器設計。

系統總體方案設計

根據系統(tong)(tong)的(de)功能需求，設計了(le)以(yi)(yi)嵌入式(shi)系統(tong)(tong)為核心，以(yi)(yi)ARM處理器(qi)為主控制器(qi)，以(yi)(yi)視覺傳感器(qi)檢測障(zhang)礙的(de)機器(qi)人(ren)障(zhang)礙檢測系統(tong)(tong)方案。機器(qi)人(ren)障(zhang)礙檢測系統(tong)(tong)總(zong)體(ti)(ti)方案框圖(tu)的(de)整體(ti)(ti)框如圖(tu)

機器人障礙(ai)檢測(ce)(ce)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)整體結構由ARM嵌(qian)入式(shi)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)、視(shi)(shi)覺模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)、電源模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)、存(cun)儲(chu)模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)、調(diao)(diao)試(shi)模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)組(zu)成。ARM嵌(qian)入式(shi)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)作(zuo)為(wei)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)的(de)核心部分，主(zhu)要負責協調(diao)(diao)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)各模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)的(de)運(yun)行；清潔(jie)運(yun)行中需要時刻感知環(huan)境信息，通過(guo)視(shi)(shi)覺模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)進行視(shi)(shi)頻圖像采(cai)集，將(jiang)采(cai)集的(de)圖像存(cun)放在(zai)存(cun)儲(chu)模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)，經過(guo)嵌(qian)入式(shi)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)處理，實現清潔(jie)的(de)障礙(ai)檢測(ce)(ce)。電源模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)提供(gong)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)各模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)的(de)電源需求。調(diao)(diao)試(shi)模(mo)(mo)塊(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)(kuai)通過(guo)調(diao)(diao)試(shi)工具實現系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)的(de)開發調(diao)(diao)試(shi)。RS232接口(kou)作(zuo)為(wei)PC機與嵌(qian)入式(shi)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)串口(kou)通訊接口(kou)。

視覺障礙檢測方案設計

由于全景下的(de)障礙(ai)(ai)(ai)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)算法復(fu)雜度高(gao)、難度大、硬件(jian)設備要求(qiu)高(gao)、開發周期(qi)長(chang)等因素，本(ben)文基于局(ju)(ju)部區域的(de)視覺(jue)傳(chuan)感器障礙(ai)(ai)(ai)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)。在局(ju)(ju)部區域內，一(yi)般障礙(ai)(ai)(ai)物與(yu)地(di)面(mian)有(you)非常明顯(xian)的(de)交界(jie)線(xian)，因此本(ben)文通(tong)過(guo)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)障礙(ai)(ai)(ai)物與(yu)地(di)面(mian)交界(jie)線(xian)的(de)這一(yi)顯(xian)著特征進(jin)行障礙(ai)(ai)(ai)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)。

視覺障礙檢測整體方案

視(shi)覺模塊主要任務是(shi)通(tong)過單目(mu)視(shi)覺進(jin)行障(zhang)礙(ai)檢測(ce)，視(shi)覺障(zhang)礙(ai)檢測(ce)的整體(ti)結構示意圖如圖。

視覺(jue)模塊(kuai)(kuai)子系(xi)統主要包括圖像(xiang)采集模塊(kuai)(kuai)、障礙檢測模塊(kuai)(kuai)及障礙定(ding)位模塊(kuai)(kuai)。

1. 圖像采(cai)集模塊。通過(guo)視(shi)覺(jue)傳感器采(cai)集環境信息，是清潔障礙檢測的前提(ti)工作。

2. 障(zhang)(zhang)礙(ai)檢(jian)測(ce)模塊。實現檢(jian)測(ce)障(zhang)(zhang)礙(ai)功能，通過圖(tu)像(xiang)處理及理解等(deng)方法，檢(jian)測(ce)環(huan)境中是(shi)否(fou)存(cun)在(zai)障(zhang)(zhang)礙(ai)物。

3. 障礙定位模塊。實現(xian)障礙物的測(ce)距功(gong)能，通過攝像機成(cheng)像模型方法，完(wan)成(cheng)對障礙物的測(ce)距定位。

障礙檢測及定位模塊實現方案

在局部區(qu)域內，一般障礙(ai)物與地面具有明顯(xian)的交(jiao)界線，因(yin)此，可(ke)以(yi)通過(guo)檢(jian)(jian)測(ce)交(jiao)界線進行(xing)障礙(ai)檢(jian)(jian)測(ce)障礙(ai)檢(jian)(jian)測(ce)基本流程圖如圖。

首先(xian)對原始圖像進行圖像預處理，其次(ci)通(tong)過邊緣(yuan)檢測方(fang)法提取障(zhang)(zhang)礙與(yu)地面的交(jiao)界線特(te)征，然后(hou)判斷是否存(cun)在障(zhang)(zhang)礙物(wu)(wu)，如果存(cun)在障(zhang)(zhang)礙物(wu)(wu)，最后(hou)通(tong)過Hough變(bian)換標(biao)示(shi)出(chu)障(zhang)(zhang)礙物(wu)(wu)區域。

障礙定位模塊實現方案

障(zhang)(zhang)(zhang)礙(ai)定(ding)位(wei)模(mo)塊的功(gong)能是實(shi)現障(zhang)(zhang)(zhang)礙(ai)物的位(wei)置測量，本文(wen)根據攝像機透視(shi)成像模(mo)型(xing)(xing)的方法進行(xing)測距，該模(mo)型(xing)(xing)將圖(tu)像坐(zuo)標轉(zhuan)換成世界坐(zuo)標，實(shi)現障(zhang)(zhang)(zhang)礙(ai)物的定(ding)位(wei)功(gong)能。

透視(shi)模(mo)型(xing)是最常用(yong)的攝像機投影模(mo)型(xing)，可以用(yong)小孔(kong)成像模(mo)型(xing)簡化如圖。

ABCD為(wei)攝像(xiang)機(ji)(ji)拍(pai)攝到的地(di)面上(shang)(shang)梯形區域，O點(dian)為(wei)攝像(xiang)機(ji)(ji)鏡頭中心點(dian)，G點(dian)為(wei)攝像(xiang)機(ji)(ji)光(guang)軸和地(di)面的交點(dian)，O點(dian)為(wei)O點(dian)在地(di)平面上(shang)(shang)的垂(chui)直投影。a、b、C、d、g分別(bie)為(wei)A、B、C、D、G在圖(tu)像(xiang)平面的對應點(dian)。

軟硬件整體設計

硬件總體設計

根據系(xi)統的總(zong)體(ti)(ti)方(fang)案，為實(shi)現嵌入式系(xi)統的功能，提(ti)出了滿足系(xi)統需求的硬件(jian)總(zong)體(ti)(ti)設計方(fang)案，其(qi)整(zheng)體(ti)(ti)框圖如(ru)圖。

根(gen)據系統功能需求及模塊化結構設計的思想，機器(qi)人障礙檢(jian)測控制(zhi)系統硬件模塊設計是：

1. 嵌入式最小(xiao)系統模塊，包括(kuo)晶振電路(lu)、時(shi)鐘電路(lu)、Flash、SDRAM電路(lu)等。

2. USB接口模塊，該模塊主(zhu)要是通過(guo)USB外接USB攝像頭(tou)進行圖(tu)像采集與圖(tu)片傳輸。

3. RS232接口(kou)模塊(kuai)，該模塊(kuai)實(shi)現宿主機與目標機的串口(kou)通訊，進行嵌入式(shi)系統(tong)開發。

4. 電(dian)源模塊，該(gai)模塊為系統各(ge)芯片及元器(qi)件提供所需電(dian)源。

軟件總體設計

系(xi)統采用(yong)Linux嵌(qian)入式操作系(xi)統作為(wei)S3C244O軟(ruan)件開發平臺，軟(ruan)件設計主要包括圖(tu)像采集程(cheng)(cheng)序、圖(tu)像處(chu)理及障礙(ai)定位程(cheng)(cheng)序設計，主程(cheng)(cheng)序的流程(cheng)(cheng)如圖(tu)。

1)圖像采集程(cheng)序(xu)(xu)設計。基(ji)于Video4Linux2API。Linux系(xi)(xi)統中(zhong)的(de)視(shi)頻子系(xi)(xi)統Video4Linux為視(shi)頻應(ying)用程(cheng)序(xu)(xu)提(ti)供了一套統一的(de)API，視(shi)頻應(ying)用程(cheng)序(xu)(xu)通過標準的(de)系(xi)(xi)統調用即(ji)可操作各種不同的(de)視(shi)頻捕(bu)獲設備。

2)圖像處理程(cheng)序設(she)計。根(gen)據系(xi)統的(de)障礙檢測算(suan)法(fa)，設(she)計出能(neng)夠(gou)實(shi)現障礙檢測的(de)軟(ruan)件(jian)程(cheng)序。

3)障礙定位程序設計。根據系統(tong)的障礙定位方(fang)案，提取(qu)出圖像坐標，進而轉換成世界坐標系實現障礙物的定位功能。

PCBA加工產能

制造能力	PCBA服務	設備清單
4條SMT生產線	電路板類型（盲埋孔、阻抗、厚銅、HDI）	Fuji CP8 Series SMT貼片機
2條DIP插件生產線	工藝類別（SMT/DIP）	全自動錫膏印刷機
0201元件貼裝	ICT測試	10溫區回流焊
0.25mm BGA	FCT功能測試	AOI光學檢測儀
SMT 400萬點/日	BIT老化測試	波峰焊（有鉛、無鉛）
DIP 100萬點/日	Box Building成品組裝	ICT測試工作臺

PCBA工藝能力

項目			批量加工	打樣
PCBA加工SMT工藝能力	長*寬	最小尺寸	50*30
		最大尺寸	150*350	最大邊長低于800mm
	厚度	最低厚度	0.8
		最高厚度	5
PCBA加工DIP工藝能力	長*寬	最小尺寸	50*30
		最大尺寸	500*350	最大邊長低于1000mm
	厚度	最低厚度	0.8
		最高厚度	5
PCBA貼片加工元件規格	規格大小	最小規格	0603（0201） 0402（）
		最大尺寸	45*45	68*68
		元件厚度	25.4
	QFP封裝	最小腳距	0.4	0.3
	BGA封裝	最小腳距	0.5	0.3

PCBA交期說明

項目	加工數量
	少于100件	100-1000件	多于1000件
交期	少于3天	少于5天	3天開始交貨
備注	SMT快件(jian)最快8小(xiao)時(shi)交付； 合格率保(bao)證(zheng)在99%以上； 交期(qi)計算(suan)從客戶資料(liao)、物料(liao)確認完畢后開始計算(suan)