基于摄像头的一维滑轨控制方法技术

本发明专利技术公开了基于摄像头的一维滑轨控制方法，包括摄像头工作，电机预热，测量输入延迟和制动时间和位移，记录全程摄像头偏移量和电机计数并拟合摄像头偏移量和电机转动量的线性关系后进入就绪状态；就绪状态下判断是否空闲：如不空闲，则进行作业，对滑块位置实时跟踪，预判目标位置运动并判断停止位置是否准确，若不准确，则补偿位置偏移量并反馈制动时间距离量，若准确则进入就绪状态；若是长期空闲，则记录全程摄像头像素偏移量和电机计数，拟合摄像头偏移量和电机转动量的线性方程后进入就绪状态，若是短期空闲，则测量输入延迟、制动时间和距离，拟合位置与制动距离的线性关系后进入就绪状态。可提高滑块对目标位置定位的精确性和实时性。的精确性和实时性。的精确性和实时性。

【技术实现步骤摘要】
基于摄像头的一维滑轨控制方法


[0001]本专利技术属于直流电机控制
，具体涉及基于摄像头的一维滑轨控制方法。

技术介绍

[0002]直流电机控制领域一般使用电机电流和编码器计数(电机转速)作为输入来对直流电机进行控制计算。但对于非水平轨道而言，上升和下降受重力影响，所受的力也会不同，滑块在上升过程中，减速会偏快，从而未到目标位置就停止了，或不断的再进行修正而延长了工作时间。
[0003]现有的直流电机控制技术，若周围环境发生微小变化，如：负载变化、或滑轨上出现异物产生附加阻力，对电机的控制也会造成影响，从而降低工作效率。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供基于摄像头的一维滑轨控制方法，除常规的电机编码器，引入摄像头作为控制算法的一部分来提高电机运动位置的实时性和精确性；利用摄像头的像素偏移量来计算与目标位置的距离和预判电机停止运动；利用在系统空闲时段，让电机进行自测计算，从为接下来电机作业的运动状况提供的预判，并使预判越来越准确，可提高滑块对目标位置定位的精确性和实时性，实现了基于摄像头的滑轨位置校准和制动预判以提高直流电机在滑轨上位移精准性的目的。
[0005]为实现上述技术目的，本专利技术采取的技术方案为：
[0006]基于摄像头的一维滑轨控制方法，应用于由电机驱动滑块的一维的滑轨上，所述摄像头安装于滑块上，配合上层图像识别应用，对目标物进行识别，来确定滑块的停止时间和距离；利用在闲时进行自测校准，和对于不同位置的电机停止测试，计算出在不同位置、不同负载情况下的制动预判，所述方法包括以下步骤：
[0007]步骤一、摄像头工作，电机预热，测量输入延迟和制动时间和位移，记录全程摄像头偏移量和电机计数并拟合摄像头偏移量和电机转动量的线性关系后进入就绪状态；
[0008]步骤二、就绪状态下，判断是否空闲：
[0009]如不空闲，则进行作业，对滑块位置进行实时跟踪，对目标位置进行运动预判，并判断最终停止位置是否准确，若不准确，则对位置偏移量进行补偿并对制动时间距离量进行反馈，若准确，则作业完成，重新进入就绪状态；
[0010]若空闲，则进行是否长期空闲判断，若是，则进入步骤四，否则进入步骤三；
[0011]步骤三、在不同位置，测量输入延迟并计算最小值，测量制动时间和距离，拟合位置与制动距离的线性关系后进入就绪状态；
[0012]步骤四、记录全程摄像头像素偏移量和电机计数，拟合摄像头像素偏移量和电机转动量的线性方程后进入就绪状态；
[0013]为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
[0014]上述的步骤一中，摄像头工作，实时获取摄像头像素偏移量，具体为：
[0015]将图像进行转换成灰度图像，然后使用Canny边缘检测算法计算出图像特征物的边缘线条，即轮廓线，并将轮廓线的像素点进行保存；
[0016]持续记录摄像头每一帧的轮廓线的像素点，将当前帧的像素点与上一帧的像素点进行比对，并计算出每个像素点的位移量，并求出所有像素点位移量的中值，最终计算出每一帧的像素偏移量；该步骤与其它步骤并行执行。
[0017]上述的步骤一中，电机预热，驱动滑块沿滑轨边界运动，具体为：
[0018]假设滑轨的行程为X轴，电机驱动滑块移动到x＝0的边界处，且继续向X轴的负方向(X
‑
)运动，使电机堵转一段时间，使电机实现快速预热，随后再从x＝0处向X轴正方向(X+)运动，当电机到达另一端边界时，电机发生堵转，电机电流增大和编码器计数不增长，故判定为到边界x＝x
max
处，随后电机驱动滑块立刻返回x＝0处，使电机在运动过程中，靠空气对电机进行快速散热，从而达到较为恒定的状态。
[0019]上述的步骤一中，测量输入延迟和制动时间和位移，具体为：
[0020]在滑块静止的情况下，发送指令使电机转动，该时刻记为t1，使电机驱动滑块向X轴正方向(X+)开始运动；
[0021]当编码器计数从0到1时，该时刻记为t2；
[0022]当摄像头画面从静止状态刚到运动状态时，该时刻设置为t3；
[0023]从而计算得：
[0024]发送指令至电机编码器计数变化的延迟为d
mot
＝min(d
mot
,t2‑
t1)，首次计算时d
mot
＝t2‑
t1，即电机延迟时间；
[0025]发送指令至摄像头变化的延迟为d
cam
＝min(d
cam
,t3‑
t1)，首次计算时d
cam
＝t3‑
t1，即摄像头延迟时间；
[0026]在滑块匀速运动时，停止对电机输出，该时刻记为t4，此时电机编码器的计数从m＝0开始计数；
[0027]滑块因惯性逐渐停止运动；
[0028]当摄像头画面从运动状态刚到静止状态时，该时刻记为t5，此时m＝m
stop
；
[0029]从而计算出，从发送停止指令至实际停止，需要Δt
stop
＝t5‑
t4，滑行距离为m＝m
stop
‑
0；
[0030]同理，使电机驱动滑块向X轴负方向(X
‑
)开始运动，二次测量输入延迟；
[0031]进入匀速状态后，停止对电机的输出，并记录负向运动的制动时间和位移；
[0032]除首次执行，之后的每次执行将建立m
stop
与Loc的X+方向和X
‑
方向的两组线性关系：m
stop
＝m
stop1
(Loc)X+运动方向，m
stop
＝m
stop2
(Loc)X
‑
运动方向。
[0033]上述的步骤一中，记录全程摄像头偏移量和电机计数，具体为：
[0034]将滑块从X＝0边界移动到另一端x＝x
max
边界，此时n＝0，m＝0，当电机进入匀速状态时，记录为t6时刻；从t6+d
cam
时刻开始n＝n1，记录每一帧的像素偏移量ΔS
n
；当电机驱动滑块到边界x＝x
max
处时，记录为t7时刻；在t7+d
cam
时刻，此时n＝n
end
；
[0035]同时，在t6+d
mot
时刻，从m＝m1开始实时记录编码器的计数m和每一计数的记录时刻t
m
；直到滑块运动到另一端边缘x＝x
max
处，t7时刻；在t7+d
mot
时刻，此时m＝m
end
；最终求出匀速状态的平均速率：v＝(m
end
‑
m1)/(t7‑
t6)；
[0036]同理，再从本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于摄像头的一维滑轨控制方法，应用于由电机驱动滑块的一维的滑轨上，所述摄像头安装于滑块上，配合上层图像识别应用，对目标物进行识别，来确定滑块的停止时间和距离；利用在闲时进行自测校准，和对于不同位置的电机停止测试，计算出在不同位置、不同负载情况下的制动预判，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤一、摄像头工作，电机预热，测量输入延迟和制动时间和位移，记录全程摄像头偏移量和电机计数并拟合摄像头偏移量和电机转动量的线性关系后进入就绪状态；步骤二、就绪状态下，判断是否空闲：如不空闲，则进行作业，对滑块位置进行实时跟踪，对目标位置进行运动预判，并判断最终停止位置是否准确，若不准确，则对位置偏移量进行补偿并对制动时间距离量进行反馈，若准确，则作业完成，重新进入就绪状态；若空闲，则进行是否长期空闲判断，若是长期空闲，则进入步骤四，若是短期空闲，则进入步骤三；步骤三、在不同位置，测量输入延迟，测量制动时间和距离，拟合位置与制动距离的线性关系后进入就绪状态；步骤四、记录全程摄像头像素偏移量和电机计数，拟合摄像头像素偏移量和电机转动量的线性方程后进入就绪状态；2.根据权利要求1所述的基于摄像头的一维滑轨控制方法，其特征在于，所述步骤一中，摄像头工作，实时获取摄像头像素偏移量，具体为：将图像进行转换成灰度图像，然后使用Canny边缘检测算法计算出图像特征物的边缘线条，即轮廓线，并将轮廓线的像素点进行保存；持续记录摄像头每一帧的轮廓线的像素点，将当前帧的像素点与上一帧的像素点进行比对，并计算出每个像素点的位移量，并求出所有像素点位移量的中值，最终计算出每一帧的像素偏移量；该步骤与其它步骤并行执行。3.根据权利要求1所述的基于摄像头的一维滑轨控制方法，其特征在于，所述步骤一中，电机预热，驱动滑块沿滑轨边界运动，具体为：假设滑轨的行程为X轴，电机驱动滑块移动到x＝0的边界处，且继续向X轴的负方向(X
‑
)运动，使电机堵转一段时间，使电机实现快速预热，随后再从x＝0处向X轴正方向(X+)运动，当电机到达另一端边界时，电机发生堵转，电机电流增大和编码器计数不增长，故判定为到边界x＝x
max
处，随后电机驱动滑块立刻返回x＝0处，使电机在运动过程中，靠空气对电机进行快速散热，从而达到较为恒定的状态。4.根据权利要求1所述的基于摄像头的一维滑轨控制方法，其特征在于，所述步骤一中，测量输入延迟和制动时间和位移，具体为：在滑块静止的情况下，发送指令使电机转动，该时刻记为t1，使电机驱动滑块向X轴正方向(X+)开始运动；当编码器计数从0到1时，该时刻记为t2；当摄像头画面从静止状态刚到运动状态时，该时刻设置为t3；从而计算得：发送指令至电机编码器计数变化的延迟为d
mot
＝min(d
mot
,t2‑
t1)，首次计算时d
mot
＝t2‑
t1，即电机延迟时间；
发送指令至摄像头变化的延迟为d
cam
＝min(d
cam
,t3‑
t1)，首次计算时d
cam
＝t3‑
t1，即摄像头延迟时间；在滑块匀速运动时，停止对电机输出，该时刻记为t4，此时电机编码器的计数从m＝0开始计数；滑块因惯性逐渐停止运动；当摄像头画面从运动状态刚到静止状态时，该时刻记为t5，此时m＝m
stop
；从而计算出，从发送停止指令至实际停止，需要Δt
stop
＝t5‑
t4，滑行距离为m＝m
stop
‑
0；同理，使电机驱动滑块向X轴负方向(X
‑
)开始运动，二次测量输入延迟；进入匀速状态后，停止对电机的输出，并记录负向运动的制动时间和位移；除首次执行，之后的每次执行将建立m
stop
与Loc的X+方向和X
‑
方向的两组线性关系：m
stop
＝m
stop1
(Loc)X+运动方向，m
stop
＝m
stop2
(Loc)X
‑
运动方向。5.根据权利要求1所述的基于摄像头的一维滑轨控制方法，其特征在于，所述步骤一中，记录全程摄像头偏移量和电机计数，具体为：将滑块从X＝0边界移动到另一端x＝x
max
边界，此时n＝0，m＝0，当电机进入匀速状态时，记录为t6时刻；从t6+d
cam
时刻开始n＝n1，记录每一帧的像素偏移量ΔS
n
；当电机驱动滑块到边界x＝x
max
处时，记录为t7时刻；在t7+d
cam
时刻，此时n＝n
end
；同时，在t6+d
...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈相，林凯恩，武延军，
申请(专利权)人：中科南京软件技术研究院，
类型：发明
国别省市：