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智能移動機器人是近年來發(fā)展起來的一門綜合學(xué)科，觸及機械設(shè)計、傳感檢驗、人工智能等多方面常識。類人機器人的控制系統(tǒng)分為三個條理：最上層是機器人的計謀計劃層，應(yīng)用種種算法實現(xiàn)各部分的功效；中央一層運轉(zhuǎn)種種應(yīng)用程序的嵌入式實時操作系統(tǒng)；最底層是硬件平臺，經(jīng)由過程外圍接口得到種種數(shù)據(jù)、信息。

自立機器人應(yīng)用傳感器獲得的信息節(jié)制機器人的行動。本文按照武術(shù)擂臺機器人的實際需要，設(shè)計了機器人的節(jié)制系統(tǒng)，實現(xiàn)攝像頭圖象收羅、處置懲罰和舵機節(jié)制等功能。

計謀計劃層中，因為圖象信息具有信息豐厚、對場景描寫完整的特色，重要根據(jù)處置攝像頭收集的圖象信息實現(xiàn)色彩目的定位。這里接納Linux嵌入式操作系統(tǒng)，因為嵌入式系統(tǒng)資源的限定，請求目的辨認(rèn)算法運轉(zhuǎn)效率高，占用內(nèi)存空間小。硬件平臺重如果節(jié)制舵機實現(xiàn)機器人的活動節(jié)制。

1.1機器人團(tuán)體架構(gòu)

由圖中能夠看得出，機器人頭頂部采納攝像頭，根據(jù)USB接口取主控板舉行銜接，適用于收羅圖象信息。機器人腰腹部、腿部、胳膊各樞紐使用舵機使其具有必定的自由度，用到的舵機為CDS系列數(shù)字舵機。它內(nèi)部有ATmega8芯片，主控板根據(jù)串口取ATmega8通信，就能夠?qū)崿F(xiàn)舵機的掌握。針對以上請求，取此同時斟酌體系的實時性，采納S3C6410作為主控芯片。預(yù)期掌握體系整體框圖如圖2所示。

1.2舵機控制系統(tǒng)設(shè)計

主控板經(jīng)由過程串口1完成取舵機之間的數(shù)據(jù)通信，舵機控制電路的原理圖如圖3所示。

因為半雙工數(shù)據(jù)線只有一根，所以必須在電路上實現(xiàn)發(fā)送和領(lǐng)受上的別離。這里網(wǎng)絡(luò)Robotis_UART一端直領(lǐng)受到舵機的旌旗燈號線上，而另一端經(jīng)由74HC126的兩個緩沖器劃分取主控芯片的TXD1和RXD1相連，再經(jīng)過主控芯片使能的體式格局來確定是發(fā)送仍是領(lǐng)受數(shù)據(jù)。主控芯片能夠使NLED1為高而NLED2為低，這時候TXD1就取得了線路的控制權(quán)，主控芯片就能夠發(fā)送數(shù)據(jù)到舵機了。反之，當(dāng)NLED2為高而NLED1為低時，這時候RXD1就取得了線路的控制權(quán)，這時候舵機能夠返回數(shù)據(jù)。

舵機操縱的軟件層面，需求完成串口的相干設(shè)置，關(guān)鍵包含波特率、肇端位數(shù)、數(shù)據(jù)位數(shù)、截止位數(shù)和流操縱形式。這里將其設(shè)置為波特率19200、肇端位1位、數(shù)據(jù)位8位、截止位1位和無流操縱形式。串口的設(shè)置關(guān)鍵是設(shè)置structtermios布局體的各成員值，如下所示：

2圖像識別算法

攝像頭收羅到的圖象關(guān)鍵作如下處置懲罰：首先對數(shù)據(jù)解碼，操縱查表法將RGB空間模子數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為HSI空間模子，然后采取類間方差法將圖象開展兩值化，再操縱連通域?qū)δ康拈_展標(biāo)定，最終對圖象開展往噪，進(jìn)而實現(xiàn)目的的辨認(rèn)和定位。圖象處置懲罰步伐流程圖如圖4所示。

攝像頭收集的圖象為RGB花樣，但RGB模子中R、G、B值易受光芒危害，不適宜舉行色彩辨認(rèn)；HSI模子中，差別的色彩對應(yīng)差別的色調(diào)參數(shù)H，而且H受外界光照危害小，因而接納HSI模子實現(xiàn)色彩辨認(rèn)。因而，要經(jīng)過某種算法，先將RGB色域空間映射到HSI空間。常用的色彩空間轉(zhuǎn)換算法如下：

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實現(xiàn)色彩空間轉(zhuǎn)換之后就要根據(jù)分歧的H值對圖象舉行兩值化處置懲罰。兩值化的本質(zhì)是一分類題目，即把一幅圖象所含有的0～255的兩進(jìn)制像素根據(jù)某個閾值劃分紅兩類。若是閾值設(shè)得太低，成果會引入過量的后臺信息，但太高就會招致方針信息的喪失。類間方差法和直方圖均衡法（BalancedHistogramThresholding，BHT）是現(xiàn)階段使用較廣的主動閾值計算方法。

這里接納類間方差法，它的焦點思緒便是經(jīng)由過程最大化類間方差來尋覓最好閾值。假定某一閾值T將全部兩值圖象分為C0和C1兩類，則兩類的泛起幾率可以用下式盤算：

如上所述，最好閾值的推斷標(biāo)準(zhǔn)是使得類間方差最大。因而經(jīng)由過程遍歷每個灰度值，并較量爭論其分別帶來的類間方差，總能找到一個適合的閾值知足前提。因為式較量爭論二階中心矩較量爭論量較大，考慮：

顯然，式只需要較量爭論類內(nèi)均值，即一階矩。因而最大化就轉(zhuǎn)化為最大化式。

接下來的事情便是對圖象開展標(biāo)定，這里所指的標(biāo)定便是依據(jù)兩值化后的圖象，較量爭論出方針地區(qū)的外接矩形位置。正在方針組成比較簡單的情況下，投影法是服從最高的要領(lǐng)，而當(dāng)場景中存正在多個方針時，大都情況下須要開展連通域較量爭論。拓?fù)鋵W(xué)中把連通性界說為，地區(qū)內(nèi)隨意率性兩點之間存正在最少一條曲線能夠?qū)⒍吲B。今朝的連通域標(biāo)志要領(lǐng)關(guān)鍵分兩類：掃描法和輪廓跟蹤法。掃描法的基本思路是逐一搜檢每一個像素的值和連通性，進(jìn)而取得所有的連通性描寫信息，然后依據(jù)每點之間的相互干系較量爭論出末了的地區(qū)個數(shù)和組成干系?；趻呙璧倪B通標(biāo)志演示如下：

首先對兩值圖象進(jìn)行行掃描獲得線段連通符號，如圖5所示。然后查抄每行之間線段取上一行線段之間的連通干系，并變動符號。

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第1行：線段1建立符號A。

第2行：線段2、1之間連通，線段2標(biāo)記為A；線段3同理標(biāo)記為A。

第3行：線段4、2之間連通，線段4標(biāo)記為A；線段5建立標(biāo)記為B。

第4行：線段6、4之間連通，線段6符號為A；線段6、5之間連通，將線段5的符號由B變成A。

第5行：線段7創(chuàng)立符號B；線段8、6之間連通，線段8符號為A。后果如圖6所示。

將圖象標(biāo)定終了能夠去掉圖象中的噪點，而且找到目標(biāo)的中間，實現(xiàn)目標(biāo)的定位。

3實驗取后果闡明

將操縱卡裝到機器人上，操縱機器人活動，正在活動中攝像頭收集圖象，而且用方框?qū)⒎结橀_展標(biāo)定。使用以上色彩辨認(rèn)算法對圖白色繡球開展標(biāo)定，獲得如圖7所示的后果。

伴隨著機器人的活動，繡球正在圖象中的位置發(fā)生變化，機器人憑據(jù)標(biāo)定成果，就能夠獲得繡球的位置，憑據(jù)位置調(diào)劑自身的活動正確找到繡球。圖象收羅的速度到達(dá)15幀/s，舵機節(jié)制正確度到達(dá)0.32°，能夠圓滿完成角逐使命。

結(jié)語

本文以S3C6410作為主控芯片，設(shè)計了具有視覺辨認(rèn)功效的類人機器人節(jié)制系統(tǒng)。革新的色彩辨認(rèn)算法行使查表法、類間方差法、連通域等辦法對圖象舉行處置懲罰，取得了優(yōu)秀的視頻辨認(rèn)結(jié)果。實踐證明，由該節(jié)制系統(tǒng)的設(shè)計方案制造而成的類人機器人，具有優(yōu)秀的自立節(jié)制穩(wěn)定性和較好的視覺辨認(rèn)本領(lǐng)，可以較精彩地完成角逐。

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