一种仿生头视觉跟踪系统技术方案

本实用新型专利技术公开的仿生头视觉跟踪系统，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。本实用新型专利技术采用模糊控制和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。踪精确运动。踪精确运动。

【技术实现步骤摘要】
一种仿生头视觉跟踪系统


[0001]本技术涉及仿生头控制
，具体涉及一种仿生头视觉跟踪系统。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本技术目的在于针对现有技术的不足，提供一种仿生头视觉跟踪系统，本技术采用模糊控制和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。
[0005]技术方案：本技术所述仿生头视觉跟踪系统，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。r/>[0006]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。
[0007]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。
[0008]有益效果：与现有技术相比，本技术的优点在于：本技术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
[0009]图1是本技术的结构示意图；
[0010]图2是本技术的电路控制框图；
[0011]图3是本技术中相机成像的示意图；
[0012]图4是本技术中隶属度函数曲线。
具体实施方式
[0013]下面通过附图对本技术技术方案进行详细说明，但是本技术的保护范围不局限于所述实施例。
[0014]如图1所示的仿生头视觉跟踪系统，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。
[0015]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。
[0016]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。
[0017]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。
[0018]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技术，但其不得解释为对本技术自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本技术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。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种仿生头视觉跟踪系统，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏宇飞，郑宝举，
申请(专利权)人：北京清飞科技有限公司，
类型：新型
国别省市：