一种基于OPENMV的同载体姿态协同系统

一种基于openmv的同载体姿态协同系统
技术领域
1.本发明涉及智能设备技术领域，具体为一种基于openmv的同载体姿态协同系统。


背景技术：

2.在同载体中，利用视觉识别作为系统输入控制转台姿态，协同载体上其余转台以相同的姿态对准目标进行探测或者进行其他的操作。例如坦克炮塔上目标的探测与打击，无人机群的光电吊舱等。应用前景广阔，其可在转台上安装消防设备运用在无人消防中，亦可在转台上安装如红外、距离传感器等运用在工业生产中等。
3.物体识别是机器智能的基本功能之一，它是任何一个以图像或视频作为输入的实际应用系统中的核心问题和关键技术。这类系统的性能和应用前景都依赖于其中物体的知识表示和分类识别所能达到的水平。多转台协同控制的物体识别对转台之间的通信质量有着很高的要求。时延、丢包率的质量直接决定了转台之间控制的精度误差和对物体识别的效果。所以低时延的硬件基础也是协同控制的物体识别能否实现的基础。因此，本发明提供了一种多转台协同控制的物体识别系统，解决上述背景中提出的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种基于openmv的同载体姿态协同系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于openmv的同载体姿态协同系统，所述转台底部外壳，所述转台底部外壳包括上放置平台和下容纳空间，所述上放置平台上安装外转框架，所述外转框架上方设置中转框架，所述中转框架内部安装内转框架，所述内转框架安装openmv视觉伺服单元，所述openmv视觉伺服单元内安装摄像头，所述外转框架、中转框架、内转框架外壁均安装电机保护壳，所述电机保护壳内安装控制电机。
6.优选的，本技术提供的一种基于openmv的同载体姿态协同系统，其中，所述转台底部外壳的下容纳空间内安装主控板、xbee无线收发模块、稳压电路、底部电机固定块，所述xbee无线收发模块、稳压电路分别电性连接主控板，所述主控板还分别openmv视觉伺服单元模块和控制数字舵机；所述稳压电路电性连接主控板、控制电机、xbee无线收发模块和openmv视觉伺服单元。
7.优选的，本技术提供的一种基于openmv的同载体姿态协同系统，其中，所述主控板上设置模糊pid控制器、i/0接口、usb通讯接口、惯性测量单元信号输入接口、a/d输入接口、pwm输出接口。
8.优选的，本技术提供的一种基于openmv的同载体姿态协同系统，其中，所述模糊pid控制器内采用stm32f405rgt6单片机。
9.优选的，本技术提供的一种基于openmv的同载体姿态协同系统，其中，所述xbee无线收发模块采用digimesh通信协议。
10.优选的，本技术提供的一种基于openmv的同载体姿态协同系统，其中，所述openmv
视觉伺服单元固定在内转框架平面上，其中摄像头安装在openmv视觉伺服单元的表面，将内转框架的俯仰角、横滚角、航向角误差信息实时的传递给主控板；openmv视觉伺服单元的摄像头负责采集物体的图像信息，将外界物体的情况以信息的方式传输给主控板。主控板通过自抗扰控制算法将收到的图像信息转化为格运功框的姿态信息，并以姿态角作为实际输出值进行平台转控制。
11.优选的，本技术提供的一种基于openmv的同载体姿态协同系统，其中，所述的openmv视觉伺服单元上安装的摄像头型号为ov5640。
12.优选的，本技术提供的一种基于openmv的同载体姿态协同系统，其中，其使用方法包括以下步骤：a、openmv视觉伺服单元采集到图像信息后进行目标识别，并将目标位置转台姿态之间的误差作为输入信号给到转台主控板。由主控负责对位置进行补偿。
13.b、主控板发送控制信号后，经相邻交叉耦合控制补偿后，电机按照期望要求稳定运转，同时带动运动框进行平稳运动。
14.c、在多电机系统中有负载扰动时，系统能够很快的做出反应，进行补偿，保证了多电机系统的协调性；d、相邻交叉耦合控制结构中任意一台电机有负载扰动都能够及时传递到其他所有电机，实现协同控制目的。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明工作原理简单，采用独特的三环结构，为openmv视觉伺服单元的工作提供了坚固的框架；具有全方位、多转角的全周转动功能，可以方便摄像头对四周环境的观测，此外，通过引入相邻较差耦合控制，利用该算法的快速响应、鲁棒性强等优点，来实现转台之间运动框的稳定运动效果；采用了xbee模块应用digimesh协议，最大化降低转台之间的通信时延，降低丢包率，克服了现存的主从转台间通信能力差、延时性高等缺点，方便了多转台间协同工作，对目标进行识别。
附图说明
16.图1为本发明结构示意图；图2为本发明转台底部外壳内部结构示意图；图3为本发明的openmv视觉伺服单元原理框图；图4为本发明多电机相邻交叉耦合控制图；图中：转台底部外壳1、openmv视觉伺服单元2、内转框架3、中转框架4、外传框架5、电机保护壳6、摄像头7、主控电路8、xbee无线收发模块9、底部电机固定块10、稳压电路11。
具体实施方式
17.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
18.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、
ꢀ“
下”、
ꢀ“
内”、
ꢀ“
外”“前端”、
ꢀ“
后端”、
ꢀ“
两端”、
ꢀ“
一端”、
ꢀ“
另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置
关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、
ꢀ“
第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
19.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、
ꢀ“
设置有”、
ꢀ“
连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
20.请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种基于openmv的同载体姿态协同系统，所述转台底部外壳1，所述转台底部外壳1包括上放置平台和下容纳空间，所述上放置平台上安装外转框架5，所述外转框架5上方设置中转框架4，所述中转框架4内部安装内转框架3，所述内转框架3安装openmv视觉伺服单元2，所述openmv视觉伺服单元内安装摄像头7，openmv视觉伺服单元上安装的摄像头型号为ov5640，所述外转框架5、中转框架4、内转框架3外壁均安装电机保护壳6，所述电机保护壳6内安装控制电机。所述转台由openmv视觉伺服单元采集到目标位之后，将目标位置与当前姿态的误差通过串口发送给转台主控，由转台主控消除误差，此过程亦是将转台姿态对准目标的流程。上诉过程循环执行，达到对目标的实时对准。主转台将驱动轴体姿态的舵机数据通过xbee无线收发模块发送，利用相邻交叉耦合控制策略完成主转台与从转台的姿态协同。
21.本发明中，转台底部外壳1的下容纳空间内安装主控板8、xbee无线收发模块9、稳压电路11、底部电机固定块10，所述xbee无线收发模块9、稳压电路11分别电性连接主控板8，稳压电路负责将供电电源的12v供电电源降压到5v，接入主控板和openmv视觉伺服单元供电；所述主控板8还分别openmv视觉伺服单元模块2和控制数字舵机；所述稳压电路11电性连接主控板8、控制电机、xbee无线收发模块9和openmv视觉伺服单元2；主控板8上设置模糊pid控制器、i/0接口、usb通讯接口、惯性测量单元信号输入接口、a/d输入接口、pwm输出接口。模糊pid控制器具有较好的抗干扰能力，稳定时间段，超调量较小。单台电机采用模糊pid控制具有较好的单电机控制性能。将模糊pid控制器与相邻交叉耦合控制系统结合起来，可实现对多电机较优的协同控制效果，最终实现单一转台的稳定控制，这为多转台协同的物体识别系统的实现提供稳定的基础。采用stm32f405rgt6系列芯片作处理器，具有精度高，成本低，功耗小，外设集成度高、数据及程序存储量大和a/d转换更精确快速等优点。
22.xbee无线收发模块8采用digimesh通信协议减小指令发送的时延与丢包率。xbee无线收发模块在完成通信闭环后，引入模糊pid控制算法。通过该算法，将主转台的三个轴的角度作为给定值，对应从转台的反馈回的三轴框体角度作为实际输出值。得到偏差量与偏差变化率，将其引入模糊系统后，完成实时修改pid参数，从而完成主从转台之间的协同控制。
23.本发明中，openmv视觉伺服单元2固定在内转框架平面上，其中摄像头7安装在openmv视觉伺服单元2的表面，将内转框架的俯仰角、横滚角、航向角误差信息实时的传递给主控板；openmv视觉伺服单元的摄像头负责采集物体的图像信息，将外界物体的情况以信息的方式传输给主控板。主控板通过自抗扰控制算法将收到的图像信息转化为格运功框的姿态信息，并以姿态角作为实际输出值进行平台转控制。
24.工作原理：本发明的使用方法包括以下步骤：a、openmv视觉伺服单元采集到图像信息后进行目标识别，并将目标位置转台姿态之间的误差作为输入信号给到转台主控板。由主控负责对位置进行补偿。
25.b、主控板发送控制信号后，经相邻交叉耦合控制补偿后，电机按照期望要求稳定运转，同时带动运动框进行平稳运动。
26.c、在多电机系统中有负载扰动时，系统能够很快的做出反应，进行补偿，保证了多电机系统的协调性；d、相邻交叉耦合控制结构中任意一台电机有负载扰动都能够及时传递到其他所有电机，实现协同控制目的。
27.综上所述，本发明工作原理简单，采用独特的三环结构，为稳定平台的工作提供了坚固的框架；具有全方位、多转角的全周转动功能，可实现任意角度的运动，为摄像头识别外界物体提供运动基础。此外，通过引入模糊pid控制算法，利用该算法的快速响应、鲁棒性强等优点，来实现控制主从转台之间良好的跟踪效果；采用了xbee模块应用digimesh协议，最大化降低转台之间的通信时延，降低丢包率，克服了现存的主从转台间通信能力差、延时性高等缺点。
28.需要说明的是，在本文中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
29.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。