一种基于视觉信号反馈的四轴电机控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于视觉信号反馈的四轴电机控制方法，利用的装置为四自由度机械臂挂弹装置，本方法的步骤依次包括：设置标记；定义为多个标记组区域；在各标记组区域中，区分第一标记区域和第二标记区域；判别第一标记区域和第二标记区域的形状：根据标记位置信息控制各电机的工作，将导弹横向推进至挂弹位置后完成挂弹动作。本发明专利技术方法能根据机翼挂弹位置自动实现在四个自由度上的位置调整，挂装位置准确，且工作效率高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于机械自动化
，具体涉及。
技术介绍
随着现代军事装备的不断发展，导弹已成为战机进行攻击和防御的主要武器，为飞机挂导弹和加油成为地面保障任务的重要部分。能否缩短战机出动间隔时间是取得战争先机的关键。统计表明，美军航空兵在以对地攻击为主的作战中，飞机挂弹作业的工作量占整个地面保障作业的80%，占用人员6个以上，是地面保障作业“木桶”中“最短的木板”， 因此给挂弹飞机快速挂载导弹是提高空战快速反应能力的重要“硬”作战指标之一。早期挂弹完全靠人工方法，现今机械化有所提高，但大多数情况下，仍需要有地勤人员参与。目前，主要的挂弹方式为全刚性挂弹。全刚性挂弹由挂弹车机械臂的托弹盘托载弹体，通过地勤人员的肉眼观察来对机械臂操作手辅助指挥，经由多人员的相互配合完成挂弹。挂弹要求弹体与机翼的紧固接口进行准确对接，继由工作人员对紧固接口和其它装置进行连接。这种挂弹方式最大的缺点就是需要多人协作交互并不断调整位置，人员多且效率低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，能根据机翼挂弹位置自动实现在四个自由度上的位置调整，挂装位置准确，且工作效率高。本专利技术所采用的技术方案是，，其特征在于，本方法利用的装置为四自由度机械臂挂弹装置，其包括从下到上依次连接设置的机座、XY平台、剪叉升降机构以及旋转平台机构，XY平台包括X向滚动直线导轨装置和Y向滚动直线导轨装置，X向滚动直线导轨装置上连接有X向驱动电机，Y向滚动直线导轨装置上连接有Y向驱动电机；剪叉升降机构包括竖直设置的剪叉机构，以及用于驱动剪叉机构上下伸缩运动的Z向驱动电机；旋转平台机构包括云台、以及用于驱动云台旋转的旋转驱动电机，云台上安装有摄像头和导弹座，还包括控制单元，控制单元和X向驱动电机、Y向驱动电机、Z向驱动电机、旋转驱动电机以及摄像头相连接；本方法的步骤为步骤1、设置标记在机翼的多个挂弹位置分别对应设置多个不同颜色的标记组，所述每个标记组均包括颜色相同且并列设置的三角形标记和圆形标记；步骤2、通过所述摄像头获得包含全部标记在内的实时视域图像，所述控制单元提取该视域图像中与步骤1设置的各标记组颜色相同的像素点，并将提取的像素点集合对应定义为多个标记组区域；步骤3、在各标记组区域中，区分第一标记区域Ω工和第二标记区域Ω2 在摄像头的视域图像中构建水平方向的直角坐标系，指定该标记组区域中横纵坐标最小的像素点作为初始像素点，计算该标记组区域中其它像素点与该初始像素点之间的像素距离h，将最大的像素距离定义为H，比较各像素距离h与H/2大小，像素距离h大于 H/2的像素点集合定义为第一标记区域Ω工，像素距离h小于H/2的像素点集合定义为第二标记区域Ω2 ；步骤4、分别判别第一标记区域口工和第二标记区域Ω2的形状构建待判别标记区域的外接矩形，计算该外接矩形的面积民以及待判别标记区域的面积S，计算待判别标记区域与其对应的外接矩形的面积比值Il = S/民，设定阈值Th， 当η > Th时，则判断该待判别标记区域的形状为圆形，即该带判别标记区域为圆形标记； 否则，该待判别标记区域为三角形标记；步骤5、计算同一标记组中圆形标记中点A (X2，y2)，以及三角形标记中点B (x3，y3)， 以及像素点A(x2，y2)与像素点B(x3，y3)之间连线的中点C(x4，y4)；计算摄像头视域图像的中心点D(x5，y5)；步骤6、控制X向驱动电机、Y向驱动电机、Z向驱动电机以及旋转驱动电机的工作步骤6. 1、根据像素点AU2，y2)和B(X3，y3)的相对位置，控制旋转驱动电机的工作设定判定旋转阈值ε工，实时检测73与72的数值并比较两者大小，根据比较结果驱动旋转驱动电机转动，直至|y3_y2| < ；步骤6. 2、根据像素点C0c4，y4)和D(x5，y5)的相对位置，控制X向驱动电机和Y向驱动电机的工作设定X向对准阈值ε 2，实时检测&与X5的数值并比较两者大小，根据比较结果驱动X向驱动电机6正转或反转，直至Ix4I5I < ε 2;设定Y向对准阈值ε3，实时检测y4 与y5的数值并比较两者大小，根据比较结果驱动Y向驱动电机8正转或反转，直至|y4-y5| < ε3;步骤6. 3、获得实时监测视域获得圆形标记的检测面积，并与控制系统中预设的该圆形标记的实际面积以及距离-面积映射关系，驱动Z向驱动电机工作，Z向驱动电机驱动剪叉机构向上伸展，直至导弹和挂弹位置的高度相同；步骤7、实现导弹的横向推进驱动X向驱动电机转动，使XY平台2在X轴方向上平移预设的横向推进距离L，此时，导弹和挂弹位置的位置重合；将导弹推进至机翼下的挂点上，完成挂弹动作。步骤1中，在机翼下的两个挂弹位置上分别设置红色标记组与绿色标记组，所述红色标记组包括红色三角形标记和红色圆形标记，所述绿色标记组包括绿色三角形标记和绿色圆形标记；步骤2中，摄像头获得的视域图像中各像素点(R(i，j)，G(i，j)，B(i，j))，控制单元提取该视域图像中的红色像素点集合或绿色像素点集合，定义该红色像素点集合为红色标记组区域，定义绿色像素点集合为绿色标记组区域；其中，红色像素点的提取公式为:R(i, j)_G(i，j) > ThK，并且R(i，j)-B(i, j) > ThE, ThE为红色判断阈值；绿色像素点的提取公式为G(i，j)_R(i，j)> Thc，并且 G(i，j)_B(i，j) > ThG,ThE 为绿色判断阈值。步骤2中，ThK的取值范围为20 < ThE < 35，Thc的取值范围为20 < Thc < 35。步骤4中，Th的取值范围为60%< Th < 80%。在步骤6. 3和步骤7之间，有步骤6. 4、XY平台位置的微调设定X向微调阈值ε 4， 实时检测&与&的数值并比较两者大小，根据比较结果驱动X向驱动电机6正转或反转， 直至Ix4I5I < ε4;设定Y向微调阈值ε5，实时检测74与75的数值并比较两者大小，根据比较结果驱动Y向驱动电机8正转或反转，直至|y4_y5| < ε5。其中，ε i的取值范围为3 < ε i < 10，ε2的取值范围为5 < ε 2 < 10，ε 3的取值范围为5 < ε 3 < 10, ε4的取值范围为2 < ε 4 < 5，ε 5的取值范围为2 < ε 5 < 5。本专利技术的有益效果是，整个挂弹过程中，根据机翼两侧的挂弹位置分别对应设置多个不同颜色的标记组，在摄像头获得的实时视域图像中，提取各像素点的颜色信息并形成多个标记组区域，再在每个标记组区域中划分第一标记区域和第二标记区域，并具体确定第一标记区域和第二标记区域的形状，最后根据确定后的标记信息控制四个电机的工作，以实现机械挂弹的自动化，避免了因导弹遮挡视线导致的需要人工在多个视觉角度上弓丨导挂弹机械臂动作的问题，挂装位置准确，且节约了人力，工作效率得到提高。附图说明图1是本专利技术利用的四自由度机械臂挂弹装置的结构示意图；图2是本专利技术中的XY平台的结构示意图；图3是本专利技术中的剪叉升降机构的结构示意图；图4是本专利技术中的旋转平台机构的结构示意图本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种基于视觉信号反馈的四轴电机控制方法，其特征在于，本方法利用的装置为四自由度机械臂挂弹装置，其包括从下到上依次连接设置的机座（１）、ＸＹ平台（２）、剪叉升降机构（３）以及旋转平台机构（４），所述ＸＹ平台（２）包括Ｘ向滚动直线导轨装置和Ｙ向滚动直线导轨装置，所述Ｘ向滚动直线导轨装置上连接有Ｘ向驱动电机（６），所述Ｙ向滚动直线导轨装置上连接有Ｙ向驱动电机（８）；所述剪叉升降机构包括竖直设置的剪叉机构（１０），以及用于驱动所述剪叉机构（１０）上下伸缩运动的Ｚ向驱动电机（１１）；所述旋转平台机构包括云台（１３）、以及用于驱动所述云台（１３）旋转的旋转驱动电机（１６），所述云台（１３）上安装有摄像头和导弹座（１７），还包括控制单元，所述控制单元和所述Ｘ向驱动电机（６）、Ｙ向驱动电机（８）、Ｚ向驱动电机（１１）、旋转驱动电机（１６）以及摄像头相连接；本方法的步骤为：步骤１、设置标记：在机翼的多个挂弹位置分别对应设置多个不同颜色的标记组，所述每个标记组均包括颜色相同且并列设置的三角形标记和圆形标记；步骤２、通过所述摄像头获得包含全部标记在内的实时视域图像，所述控制单元提取该视域图像中与步骤１设置的各标记组颜色相同的像素点，并将提取的像素点集合对应定义为多个标记组区域；步骤３、在各标记组区域中，区分第一标记区域Ω１和第二标记区域Ω２：在摄像头的视域图像中构建水平方向的直角坐标系，指定该标记组区域中横纵坐标最小的像素点作为初始像素点，计算该标记组区域中其它像素点与该初始像素点之间的像素距离ｈ，将最大的像素距离定义为Ｈ，比较各像素距离ｈ与Ｈ／２大小，像素距离ｈ大于Ｈ／２的像素点集合定义为第一标记区域Ω１，像素距离ｈ小于Ｈ／２的像素点集合定义为第二标记区域Ω２；步骤４、分别判别第一标记区域Ω１和第二标记区域Ω２的形状：构建待判别标记区域的外接矩形，计算该外接矩形的面积Ｓｒ以及待判别标记区域的面积Ｓ，计算待判别标记区域与其对应的外接矩形的面积比值：η＝Ｓ／Ｓｒ，设定阈值Ｔｈ，当η≥Ｔｈ时，则判断该待判别标记区域的形状为圆形，即该带判别标记区域为圆形标记；否则，该待判别标记区域为三角形标记；步骤５、计算同一标记组中圆形标记中点Ａ（ｘ２，ｙ２），以及三角形标记中点Ｂ（ｘ３，ｙ３），以及像素点Ａ（ｘ２，ｙ２）与像素点Ｂ（ｘ３，ｙ３）之间连线的中点Ｃ（ｘ４，ｙ４）；计算摄像头视域图像的中心点Ｄ（ｘ５，ｙ５）；步骤６、控制Ｘ向驱动电机（６）、Ｙ向驱动电机（８）、Ｚ向驱动电机（１１）以及旋转驱动电机（１６）的工作：步骤６．１、根据像素点Ａ（ｘ２，ｙ２）和Ｂ（ｘ３，ｙ３）的相对位置，控制旋转驱动电机（１６）的工作：设定判定旋转阈值ε１，实时检测ｙ３与ｙ２的数值并比较两者大小，根据比较结果驱动旋转驱动电机（１６）转动，直至｜ｙ３－ｙ２｜＜ε１；步骤６．２、根据像素点Ｃ（ｘ４，ｙ４）和Ｄ（ｘ５，ｙ５）的相对位置，控制Ｘ向驱动电机（６）和Ｙ向驱动电机（８）的工作：设定Ｘ向对准阈值ε２，实时检测ｘ４与ｘ５的数值并比较两者大小，根据比较结果驱动Ｘ向驱动电机６正转或反转，直至｜ｘ４－ｘ５｜＜ε２；设定Ｙ向对准阈值ε３，实时检测ｙ４与ｙ５的数值并比较两者大小，根据比较结果驱动Ｙ向驱动电机８正转或反转，直至｜ｙ４－ｙ５｜＜ε３；步骤６．３、获得实时监测视域获得圆形标记的检测面积，并与控制系统中预设的该圆形标记的实际面积以及距离－面积映射关系，驱动Ｚ向驱动电机（１１）工作，Ｚ向驱动电机（１１）驱动剪叉机构（１０）向上伸展，直至导弹和挂弹位置的高度相同；步骤７、实现导弹的横向推进：驱动Ｘ向驱动电机（６）转动，使ＸＹ平台２在Ｘ轴方向上平移预设的横向推进距离Ｌ，此时，导弹和挂弹位置的位置重合；将导弹推进至机翼下的挂点上，完成挂弹动作。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱虹，杨啸晗，李春男，余哲，刘龙，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：87