圖書館機器人視覺伺服系統(tǒng)研究與設計

圖書館機器人視覺伺服系統(tǒng)

研究與設計項目實施過程●2012年1月~2012年3月●積累理論知識，對實驗系統(tǒng)進行優(yōu)化整合與總體設計。資料查閱，系統(tǒng)總體設計。●2012年4月~2012年6月●研究出合理的視覺識別流程，對算法設計進行突破。視覺識別算法設計與仿真?！?012年7月~2012年10月●對視覺伺服框架有較清晰的認識，對機器人自適應控制法有所突破?？刂扑惴ㄔO計與仿真?！?012年11月~2012年12月●總結得出有價值的理論和實際成果，形成高水平研究性論文并發(fā)表。研究結果整理，論文撰寫和發(fā)表。無人圖書館機器人無人圖書館機器人工作過程研究視覺識別算法研究控制算法研究無人圖書館機器人工作過程研究任務一：自動借書功能機器人能夠根據圖書管理系統(tǒng)給出的指令，自動取出讀者需要的書籍，并送到讀者手中。無人圖書館機器人工作過程研究任務二：自動還書功能機器人靠自身安裝的RFID讀寫設備讀取待還書的RFID標簽內容，圖書管理系統(tǒng)根據標簽內容引導機器人進入待還書應歸入的區(qū)域，機器人完成書的搬運并利用視覺系統(tǒng)完成書的上架。無人圖書館機器人工作過程研究任務三:圖書入庫圖書管理信息系統(tǒng)通知書架確定空閑位置給待入庫圖書，引導機器人將圖書放到指定位置。視覺識別算法研究在圖書上下架時機械手如何利用機器視覺進行書脊正確快速識別問題并未得到很好的解決。書脊視覺識別的難點在于書脊圖像本身比較復雜，每本書的輪廓與圖像細節(jié)部分不易區(qū)分，且在實際應用中，機械手與書脊之間存在相對運動，這也給視覺識別增加了難度。因此設計如右圖所示的書脊識別流程。視覺識別算法研究一、運動圖像模糊處里：由于機械手靠近書架時與書之間存在相對運動，因此會造成獲取的圖像模糊。運用Wienier濾波去書脊圖像模糊，結果如下圖所示：視覺識別算法研究二、小波分析法增強書脊輪廓小波變換將一幅圖像分解為大小、位置、方向均不相同的分量，圖像經二維小波分解后，輪廓主要體現在低頻部分，細節(jié)主要體現在在高頻部分。使低頻分解系數增強以突出輪廓，高頻分解系數衰減以弱化細節(jié)，再對處理后的系數進行小波重構，最終得到輪廓增強的圖像。視覺識別算法研究三、書脊邊緣檢測（1）能檢測出預抓取的目標書籍的完整外部輪廓；（2）盡可能少檢測出書脊上文字的輪廓；（3）對當前機器視野中所有書脊的輪廓能夠很好的區(qū)分開。視覺識別算法研究四、書脊線段查找視覺識別算法研究五、有效性檢測結果當書脊厚度較大且均勻時，有效檢出率較高，且算法耗時較少，基本可滿足魯棒實時識別的需求；當書脊厚度較小且均勻時，有效檢出率相對低一些，但仍能滿足實時識別需求；當書脊厚度不一即隨機混合時，檢出率最低，耗時也最大，這種情況為最難識別的極端情況。控制算法研究機械手模糊PID控制模糊控制是基于模糊推理，模仿人的思維方法，其主要特點是：控制系統(tǒng)設計依據經驗和操作數據，而不需要精確的數學模型，具有較強大的魯棒性和靈活性。模糊PID通過找出PID３個參數與誤差ｅ和誤差變化率ｅｃ之間的模糊關系，在運行中不斷檢測修改以滿足不同的要求。以ｅ和ｅｃ變化率作為輸入，以Ｋｐ、Ｋｉ、Ｋｄ作為控制器的輸出，運用模糊控制規(guī)則實現對ＰＩＤ控制參數在線修改。其結構如下圖所示：總結圖書館機器人機械手的圖書識別問題實際上屬于攝像機運動、目標靜止的移動機器人視覺系統(tǒng)問題，這也是目前運動視覺研究的一個重要方向。常用的處理方法是分析運動過程中獲得的圖像序列，可能是對某一感興趣區(qū)域的各個角度的觀察圖像序列，來建立目標的3D結構信息。考慮到此種方法在程序處理時的復雜性，本文采取了一種新型綜合處理方法，實驗結果已充分表明，該方法可通過編程實現，且計算量較小、識別率較高、實時性較強，已成功應用到我們