基于CMOS传感器的路径识别系统

１ ． ４ 图像采 集模块 系统采用 ＯＶ ６ ６ ２ ０ 数字 图像传 感器获取移动机 器人 前面 的 路 径信息 ，Ｓ １ ２ 系列单片机根 据采集到 的路径 图像数据 ，提取 和 识别赛道引导线 ，并根据 图像 中黑色引导线与车体之 间的偏 离程度 ，通过 Ｐ ＷＭ 控制信 号调节信号 占空 比，进 而控制舵机 转角和直流 电机转速 ，使得移动机器 人能够快速平稳的沿预定 路径 行驶功能 。 ２ 系统 软件总体设计
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图２采集 与处理 高效稳定 的软件设计是 实现 移动机器人平稳快速循迹 的基 础 。本 设计移 动机器 人采 用 Ｃ ＭＯＳ数字 图像传 感器作 为循 迹 传感器 。因此 ， 图像采集处理就成 了整个软件 部分 的重中之重 。 在移 动机 器人 舵机转 向控 制方 面，采用 基于 偏差 量 的 Ｐ Ｉ Ｄ 反 馈控 制，在 电机 速度控 制 方面 ，设计 中采取 增量 式 Ｐ Ｉ Ｄ算法 控制直流 电机 的转速 。 由上 图可知 ，本程序 运 行 的开始 ，须进 行对 系统 的初 始 化 。通过初始化 的设置 ，系统才能按照预先 的想法运行 ； 接着 ， Ｃ ＭＯＳ传感器采集 数据 ，经过相应 处理 ，得 出当前路 径信息 ； 图１ 系统框 图 反馈给系统 ； 系统的结构 图如 图 １： 移动机器人 控制系统采用 ｌ ６ 位的微 同时 ，电机测速模块测得模 型车当前的运行速度 ， 处理器 （ ＭＣ Ｕ）ＭＣ ９ Ｓ １ ２ ＤＧ１ ２ ８ Ｂ，以 Ｃ ＭＯ Ｓ图像传感 器作为 最后 ，路径识 别系统综合利用当前路径信 息和 当前速度 值作 出 移动机器人的视觉采集模块 ，对黑线 实时采集 ， 由核心处理系 相应 的处理 ，控制电机 和舵机 以合适 的方式运 行。 统对车当前相对黑线位置进行判 断，通过 控制方向舵机使移动 ３ 结 论 经过在 实际的现场环境 中进行检测 ，移动机器 人拥有 自循 机器人跟随黑线行进 ，同时通过测速模块 对移动机器人速度 实 可靠地运行 ， 时检 测，调节 车速 保证 移动机 器人 稳 定前行 ，控制 算法 采用 迹和 自调速 的能力，可在 任意黑色导引线上稳定 、 有较好 的实用价值 。 Ｐ Ｉ Ｄ 算法 。通过对系统各模块 设计 ，最后组合 成系统 ，通过软 具有控制 响应 时间短，稳态误差小 的特 点， 参考 文献 件采集 图像数据 ，并对 图像进行算法 处理，提取黑线 ，控制执 行机构 （ 电机和舵机 ）使移动机器 人能平滑沿黑线行进 。其主 【 ｌ 】 罗强 ． 基于激光传感器的智能车路径识别系统设计 ［ Ｊ ］ ． 电气 要 由以下功能模块组成 ： 自动化，２ ０ １ ２（ ５ ）： １ ３ ２ ． １ ． １核心控制模块 ［ ２ ］ 程亚龙 ． 基于 Ｃ ＭＯ Ｓ 传 感器 的智 能车路径 识别 研 究 【 Ｊ 】 ． 机 核心控制模块相 当于移 动机 器人的大脑 ，它负 责接 收赛道 械 制造与 自动化 ，２ ０ ０ ７（ ５ ）：１ ３ ． 信息 、移动机器人速度等反馈量 ，这 些反馈信息进行适 当处 理 ［ ３ ］ 仲丛久 ． 基于 Ｃ ＭＯ Ｓ 传 感器 的 图象采集 系 统的设 计 ［ Ｊ 】 ． 工 后 ，形成合适 的控制量 ，对 舵机 和直流 电机进行控制 ，进而 实 矿 自动化 ，２ ０ ０ ８（ ２ ） ： ６ ５ ． 现移动机器人 的转 向、加减速和 制动等动作 。 ［ ４ 】 刘呜． 基 于Ｃ ＭＯ Ｓ 传 感器 的 自动寻迹系统 ［ Ｊ 】 ． 中国光学学会， ２ ０ １ ０（ １ １ ）：９ ８ ． １ ． ２ 电源管理模块 电源 管理模块 主要为单片机及 图像采集 电路、转 向舵机模 【 ５ ］ 张迪洲 ． 智能车两类路径识别 系统 比较研 究 【 Ｊ ］ ． 电子设 计工 ０ １ ２（ １ ７ ）： １ ３ ２ ． 块 、电机 驱动 模块三大部分提供稳定 的直流 电源 。由于电路中 程 ，２ 的不同电路模 块所需要 的工作 电压和 电流 容量 不同，微处理器
由于视觉系统具有信 号探测 范围宽、 目标信 息完整等优势 ， 再加上近年来 ，计算机 图像 处理 能力和技术的飞速发展 以及大 量的数字 图像处理设备性价 比的提高，移动机器人视觉路径 识 别成为研 究热 点 本移 动机 器人模型通过视觉系统寻找地面 上 的路 径 引导线 ，经 过 Ｃ ＭＯ Ｓ摄像 头获取 目标 黑线信 息，结合 当前 的行驶状态 ，对其行驶 方 向与 行车速度进 行智能 化调整 ， 从而实现准确 、快速地跟踪 。 １系统总体设计 移动机器 人在 路径 识别过程 中要充分利用环境 的特 征，为 了满足机器人路径识 别实时性和准确性的要求 ，对这些特征 的 识别必须做 到快速 和准确。基于计算机视觉 的移动机器 人路径 识 别实验 系 统的硬 件 部分 由计算 机、Ｃ ＭＯＳ摄 像头 、机器 人 组 成 。软件 分为 ２ 部分 ，即 图像 处理 和移动 机器 人运 动控制 。 系统工作 时， 图像预处理模块 首先对 原始的输入图像进行缩小 、 边缘检测 、二值化 等预处理 。其次利用数值变换提取 出对机器 人有 用的路径 信息 。最后 ， 运动控 制模块根据识别 的路径信 息， 调用直行 或转 弯功能模 块使机器人做相应 的移动 。
关键词 ： Ｃ ＭＯＳ；图像 处理 ； 路径 识别 ； 速度控制 ； 舵 机 控 制
中图分 类号 ： Ｔ Ｐ ３ ９ １ ． ４
文献标识码 ： Ａ
文章编号 ：１ ６ ７ １ ． ５ ５ ８ ６（ ２ ０ １ ５ ）２ ５ ． ０ ２ ７ ０ ． ０ １
引 言 需要 ５ Ｖ供 电，舵机 需要 ６ Ｖ供 电， 因此 电源 模块 应该 包括 多 近 年来，机器人的发展遍及生产 、医学 、灭火 、物 流、分 个稳 压 电路 ，主 要 由 Ｌ Ｍ２ ９ ４ ０ 和Ｌ Ｍ１ １ １ ７ 稳压 芯片 及 Ⅱ 型滤 波器构成 。 拣 等各个领域，其智能水平不断提高 。 移动机器人在结构上是 一个 复杂 的多输入 多输 出非线性系 １ ． ３ 电机驱 动模 块 统 。路径识别技术是移动机器人 能够 实现路径识别和 自动运行 该 模块 用来 驱动 直流 电机 进行 加速 、减速 、制动 和停 止 的关键技术 ，它包含 了控制 理论 、信 息反馈、 图像采集 、数据 动 作 。ｃ型车 后轮 需要 两路 电机驱 动 ，通常采 用 Ｆ ｒ ｅ ｅ ｓ ｃ ａ ｌ ｅ半 ３ ３ ８ ８ ６ 作为 电机驱动芯 片， 处理等专业技术 ，其控制系 统体现 了人工智能控制技术 的最新 导体 公司的大 电流半桥式驱动器 ＭＣ 成果 ，具有重要 的应用价值 ，是当前智能机器人研 究的重 点之 其 电路简 单，可靠性 高 ，其 内部具有短 路保护 、欠 电压保 护、 过温度 保护 等功能 。
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２ ７ ０・ ２ ０ １ ５ 年６ 月
技 术论坛
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基于ｃ Ｍｏｓ 传感器 的路径识别系统
长春
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摘 要： 现代 电力 电子技术 高速发展 ，机 器人越 来越 多被 应用到生 活的各 个领域 ，机 器人路 径识别技 术是汽车 自动驾驶发展 的一 个重要 标志 。基 于此 ，介绍 了以 Ｃ ＭＯＳ摄像 头传 感器作为检测装置 ， 识 别 图像提 取 当前路径信 息的移动机 器人 ； 利用Ｐ Ｉ Ｄ 控 制算 法快速 动态调 节速 度及 方 向，确保 了机 器人路径 识别快速 稳定 的运行 ，实现 了机 器人 的路 径识别与轨迹跟踪 。