一种柔性驱动的视觉跟踪装置设计及控制方法与流程

本发明涉及到配电箱领域，尤其涉及到一种柔性驱动的视觉跟踪装置设计及控制方法。

背景技术：

随着柔性机械臂技术的不断发展，柔性机械臂末端视觉跟踪感知技术也成为一项研究焦点。视觉跟踪技术是机器视觉技术中一个重要的分支，在军事、工业、民用等众多领域都已经具备了广泛的应用。视觉跟踪技术可以概括为使用图像处理，模式识别等技术对摄像机视野中的图像进行序列分析，计算目标在图像序列中的精确位置。

直接安装在柔性机械臂末端位置的视觉跟踪装置往往导致了柔性机械臂承受了额外的负载力，影响了柔性机械臂末端的运动精准性和灵活性。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：

一种柔性驱动的视觉跟踪装置，包括摄像机模组、视觉定位板、球铰链、丝绳末端固定器、柔性视觉跟踪基座、若干根柔性钢丝绳、三角支撑板一、三角支撑板二、若干根丝绳套管和若干组柔性钢丝驱动组件；所述三角支撑板一和三角支撑板二的上下两端均安装丝绳套管，所述柔性钢丝驱动组件分别对应安装于三角支撑板二的一侧，所述摄像机模组安装于视觉定位板上，所述球铰链的一端转动连接在视觉定位板的底部，另一端安装于柔性视觉跟踪基座上，所述丝杆末端固定器安装于柔性视觉跟踪基座内，所述柔性钢丝绳的一端固定于视觉定位板上，另一端依次贯穿丝绳末端固定器和丝绳套管缠绕于柔性钢丝驱动组件。

优选的，所述视觉定位板的中部设置定位孔，所述定位孔内安装轴承座，所述球铰链的一端与轴承座转动连接。

优选的，所述摄像机模组包括视觉摄像机和摄像机基座；所述摄像机基座安装于视觉定位板中部的定位孔上方，所述视觉摄像机安装于摄像机基座上。

优选的，柔性钢丝驱动组件包括驱动电机和钢丝绳转动轴；所述钢丝绳转动轴安装于驱动电机的输出轴上，所述钢丝绳转动轴上设有若干钢丝轮槽。

一种柔性驱动视觉跟踪控制方法，所述方法包括：

识别获取相机采集到的图像；

对相机获取的图像进行与处理，分离出图像的有效区域；

采用模板匹配方法对有效区域进行匹配，选出匹配最佳区域为目标物，获得中心像素位置坐标；

得到目标物的位置与摄像机视野内像素中心坐标的位置偏差，通过三根柔性钢丝绳并联运动学模型求解，得到三根柔性钢丝绳分别需要伸缩的长度，将其转化为控制三根柔性钢丝绳的驱动电机转动的角度，使三个驱动电机带动三根柔性钢丝绳产生并联运动，通过摄像机视野的竖直方向调节，实现对跟踪目标的视觉跟踪。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明通过设计驱动电机与视觉跟踪装置的末端固定器分离式的结构，实现了视觉跟踪装置的便携性，使其可以作为视觉感知装置安装在任意柔性机械臂的末端处，降低对机械臂末端负载力和干扰。柔性驱动的视觉跟踪装置结构采用了三根柔性钢丝绳并联驱动球铰链的方式设计，大大降低了视觉跟踪装置的重量，具备轻型化的优点。柔性驱动的视觉跟踪装置通过从末端安装的摄像机模块感知周围环境视野，使用视觉识别技术获取所需识别的目标，通过调节目标与视野中心的偏差快速实现了目标的视觉跟踪技术，控制易于实现，运动效果较好。

附图说明

为了更清楚的说明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需使用的附图作简单介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明柔性钢丝驱动组件的结构示意图；

图3为本发明的正视图；

图4为本发明的跟踪控制方式图；

以上图例所示：摄像机模组1；视觉定位板2；球铰链3；丝绳末端固定器4；柔性视觉跟踪基座5；柔性钢丝绳6；三角支撑板一7；三角支撑板二8；丝绳套管9；柔性钢丝驱动组件10；驱动电机101；钢丝绳转动轴102；钢丝轮槽103；摄像机视野中的目标a；水平偏差b；水平偏差c；摄像机视野d。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本说明书所使用的术语“固定”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，在图中，结构相似的单元是用以相同标号标示。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。

实施例1

如图1－4所示，一种柔性驱动的视觉跟踪装置，包括摄像机模组1、视觉定位板2、球铰链3、丝绳末端固定器4、柔性视觉跟踪基座5、若干根柔性钢丝绳6、三角支撑板一7、三角支撑板二8、若干根丝绳套管9和若干组柔性钢丝驱动组件10；所述三角支撑板一7和三角支撑板二8的上下两端均安装丝绳套管9，所述柔性钢丝驱动组件10分别对应安装于三角支撑板二8的一侧，所述摄像机模组1安装于视觉定位板2上，所述球铰链3的一端转动连接在视觉定位板2的底部，另一端安装于柔性视觉跟踪基座5上，所述丝杆末端固定器安装于柔性视觉跟踪基座5内，所述柔性钢丝绳6的一端固定于视觉定位板2上，另一端依次贯穿丝绳末端固定器4和丝绳套管9缠绕于柔性钢丝驱动组件10。

实施例2

在实施例1的基础上，所述视觉定位板2的中部设置定位孔，所述定位孔内安装轴承座，所述球铰链3的一端与轴承座转动连接。

实施例3

在实施例1的基础上，所述摄像机模组1包括视觉摄像机和摄像机基座；所述摄像机基座安装于视觉定位板2中部的定位孔上方，所述视觉摄像机安装于摄像机基座上。

实施例4

在实施例1的基础上，所述柔性钢丝驱动组件10包括驱动电机101和钢丝绳转动轴102；所述钢丝绳转动轴102安装于驱动电机101的输出轴上，所述钢丝绳转动轴102上设有若干钢丝轮槽103。

实施例5

一种柔性驱动视觉跟踪控制方法，所述方法包括：

识别获取相机采集到的图像，获得摄像机视野中的目标a；

对相机获取的图像进行与处理，分离出图像的有效区域；

采用模板匹配方法对有效区域进行匹配，选出匹配最佳区域为目标物，获得中心像素位置坐标；

得到目标物的位置与摄像机视野d内像素中心坐标的位置偏差，位置偏差为分为水平偏差b和竖直偏差c，通过三根柔性钢丝绳6并联运动学模型求解，得到三根柔性钢丝绳6分别需要伸缩的长度，将其转化为控制三根柔性钢丝绳6的驱动电机101转动的角度，使三个驱动电机101带动三根柔性钢丝绳6产生并联运动，通过摄像机视野d的竖直方向调节，实现对跟踪目标的视觉跟踪。

需要说明的是，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本发明说明书记载的范围；并且，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。