機器人障礙檢測(ce)(ce)系統控制板關系著(zhu)運動的智能化程(cheng)度(du)，本案例(li)中(zhong)的機器人障礙檢測(ce)(ce)控制方案基于ARM處理器、視(shi)覺傳感器設計(ji)。

系統總體方案設計

根據系(xi)統的功能需(xu)求，設計了(le)以(yi)嵌入式系(xi)統為核心，以(yi)ARM處(chu)理(li)器為主(zhu)控制(zhi)器，以(yi)視覺傳感器檢測(ce)障(zhang)礙(ai)的機(ji)器人障(zhang)礙(ai)檢測(ce)系(xi)統方案(an)。機(ji)器人障(zhang)礙(ai)檢測(ce)系(xi)統總體(ti)方案(an)框圖的整(zheng)體(ti)框如圖

機器(qi)人(ren)障(zhang)礙檢(jian)測系(xi)統(tong)整(zheng)體結構由ARM嵌入式系(xi)統(tong)、視覺(jue)(jue)模塊、電源模塊、存儲(chu)模塊、調試(shi)模塊組成(cheng)。ARM嵌入式系(xi)統(tong)作(zuo)為系(xi)統(tong)的核心(xin)部(bu)分，主要負責協(xie)調系(xi)統(tong)各模塊的運(yun)行；清潔(jie)運(yun)行中(zhong)需(xu)要時刻感知環境信息(xi)，通過視覺(jue)(jue)模塊進行視頻圖(tu)像(xiang)采(cai)集(ji)，將(jiang)采(cai)集(ji)的圖(tu)像(xiang)存放在存儲(chu)模塊，經過嵌入式系(xi)統(tong)處理，實現清潔(jie)的障(zhang)礙檢(jian)測。電源模塊提供系(xi)統(tong)各模塊的電源需(xu)求。調試(shi)模塊通過調試(shi)工(gong)具實現系(xi)統(tong)的開發(fa)調試(shi)。RS232接口(kou)作(zuo)為PC機與(yu)嵌入式系(xi)統(tong)串口(kou)通訊(xun)接口(kou)。

視覺障礙檢測方案設計

由于全景(jing)下(xia)的(de)障(zhang)(zhang)礙(ai)檢測(ce)算(suan)法復雜度(du)高(gao)、難(nan)度(du)大、硬(ying)件(jian)設備要求高(gao)、開發周期長等因素，本文(wen)基于局(ju)部區(qu)域的(de)視覺傳感器障(zhang)(zhang)礙(ai)檢測(ce)。在局(ju)部區(qu)域內，一般障(zhang)(zhang)礙(ai)物與(yu)地面有非常明(ming)顯(xian)的(de)交界線(xian)，因此(ci)本文(wen)通過檢測(ce)障(zhang)(zhang)礙(ai)物與(yu)地面交界線(xian)的(de)這一顯(xian)著特征進(jin)行(xing)障(zhang)(zhang)礙(ai)檢測(ce)。

視覺障礙檢測整體方案

視覺(jue)(jue)模塊主要(yao)任務是通(tong)過(guo)單目視覺(jue)(jue)進行障礙檢測，視覺(jue)(jue)障礙檢測的整(zheng)體結構示意圖如圖。

視覺模塊子系(xi)統(tong)主(zhu)要包括圖像采集(ji)模塊、障(zhang)礙(ai)檢測模塊及障(zhang)礙(ai)定位模塊。

1. 圖像采集模塊。通過視覺傳(chuan)感器采集環境信(xin)息，是清潔障礙檢測的前提(ti)工作。

2. 障礙檢(jian)測模塊。實現檢(jian)測障礙功能，通過(guo)圖像(xiang)處理及理解等方法，檢(jian)測環(huan)境中是否(fou)存在障礙物。

3. 障礙定(ding)位模塊(kuai)。實現(xian)障礙物(wu)的測距功能(neng)，通過(guo)攝像機成(cheng)像模型方法，完成(cheng)對障礙物(wu)的測距定(ding)位。

障礙檢測及定位模塊實現方案

在局(ju)部(bu)區域內，一般障(zhang)(zhang)(zhang)礙(ai)(ai)物與(yu)地面具有明(ming)顯(xian)的交界線(xian)，因此，可以通(tong)過檢(jian)測交界線(xian)進行障(zhang)(zhang)(zhang)礙(ai)(ai)檢(jian)測障(zhang)(zhang)(zhang)礙(ai)(ai)檢(jian)測基本流(liu)程圖如(ru)圖。

首先(xian)對原始圖像進行圖像預處理，其次(ci)通過邊緣檢測(ce)方法(fa)提取障礙(ai)與地面的交界線特征，然后(hou)判斷(duan)是否存(cun)在障礙(ai)物(wu)，如(ru)果存(cun)在障礙(ai)物(wu)，最后(hou)通過Hough變換標示(shi)出障礙(ai)物(wu)區域。

障礙定位模塊實現方案

障(zhang)礙(ai)定位模塊的功能是實(shi)現障(zhang)礙(ai)物(wu)的位置測(ce)(ce)量，本文根據(ju)攝(she)像機透視(shi)成像模型的方法進行測(ce)(ce)距(ju)，該模型將圖像坐標(biao)轉換成世(shi)界坐標(biao)，實(shi)現障(zhang)礙(ai)物(wu)的定位功能。

透視模型是最常用(yong)的攝像機投(tou)影模型，可以用(yong)小孔成(cheng)像模型簡化如(ru)圖。

ABCD為(wei)攝(she)(she)像(xiang)(xiang)機(ji)拍攝(she)(she)到的(de)地(di)面上梯形區域，O點(dian)為(wei)攝(she)(she)像(xiang)(xiang)機(ji)鏡頭中心(xin)點(dian)，G點(dian)為(wei)攝(she)(she)像(xiang)(xiang)機(ji)光(guang)軸和地(di)面的(de)交點(dian)，O點(dian)為(wei)O點(dian)在地(di)平(ping)(ping)面上的(de)垂直(zhi)投影。a、b、C、d、g分(fen)別(bie)為(wei)A、B、C、D、G在圖像(xiang)(xiang)平(ping)(ping)面的(de)對(dui)應點(dian)。

軟硬件整體設計

硬件總體設計

根據(ju)系(xi)統(tong)的(de)總(zong)體方案，為(wei)實現(xian)嵌入式系(xi)統(tong)的(de)功能，提(ti)出(chu)了(le)滿足系(xi)統(tong)需(xu)求的(de)硬件總(zong)體設計(ji)方案，其整(zheng)體框圖如圖。

根據系統(tong)功能需(xu)求及模(mo)塊化(hua)結構(gou)設計(ji)的思想(xiang)，機器人障礙檢測控制系統(tong)硬件模(mo)塊設計(ji)是：

1. 嵌入式最小系統模塊，包括晶振(zhen)電路(lu)、時鐘(zhong)電路(lu)、Flash、SDRAM電路(lu)等。

2. USB接(jie)口模塊，該模塊主要是通過(guo)USB外接(jie)USB攝像頭進行圖像采集與圖片傳輸。

3. RS232接(jie)口(kou)模塊(kuai)，該(gai)模塊(kuai)實(shi)現宿主機與目(mu)標機的串口(kou)通訊，進行嵌入式系(xi)統開發。

4. 電(dian)源(yuan)模塊(kuai)，該模塊(kuai)為系(xi)統各芯片及(ji)元器件提供所需電(dian)源(yuan)。

軟件總體設計

系統采用Linux嵌(qian)入式(shi)操作(zuo)系統作(zuo)為S3C244O軟件(jian)開發平臺(tai)，軟件(jian)設計(ji)(ji)主(zhu)要包括圖像采集程(cheng)序(xu)、圖像處理(li)及障礙定位(wei)程(cheng)序(xu)設計(ji)(ji)，主(zhu)程(cheng)序(xu)的(de)流程(cheng)如圖。

1)圖(tu)像采集程(cheng)序(xu)設計。基于Video4Linux2API。Linux系(xi)(xi)統(tong)中的視頻子系(xi)(xi)統(tong)Video4Linux為(wei)視頻應用程(cheng)序(xu)提(ti)供了一套統(tong)一的API，視頻應用程(cheng)序(xu)通過標準的系(xi)(xi)統(tong)調用即可操作各種不同(tong)的視頻捕獲設備。

2)圖像處理程序設計。根據(ju)系統的(de)障礙檢(jian)測算法，設計出能(neng)夠(gou)實現障礙檢(jian)測的(de)軟(ruan)件程序。

3)障礙(ai)定(ding)位(wei)程序(xu)設計。根據系(xi)統的(de)障礙(ai)定(ding)位(wei)方案，提取出圖像坐標，進而轉換成世界(jie)坐標系(xi)實現障礙(ai)物的(de)定(ding)位(wei)功能。

PCBA加工產能

制造能力	PCBA服務	設備清單
4條SMT生產線	電路板類型（盲埋孔、阻抗、厚銅、HDI）	Fuji CP8 Series SMT貼片機
2條DIP插件生產線	工藝類別（SMT/DIP）	全自動錫膏印刷機
0201元件貼裝	ICT測試	10溫區回流焊
0.25mm BGA	FCT功能測試	AOI光學檢測儀
SMT 400萬點/日	BIT老化測試	波峰焊（有鉛、無鉛）
DIP 100萬點/日	Box Building成品組裝	ICT測試工作臺

PCBA工藝能力

項目			批量加工	打樣
PCBA加工SMT工藝能力	長*寬	最小尺寸	50*30
		最大尺寸	150*350	最大邊長低于800mm
	厚度	最低厚度	0.8
		最高厚度	5
PCBA加工DIP工藝能力	長*寬	最小尺寸	50*30
		最大尺寸	500*350	最大邊長低于1000mm
	厚度	最低厚度	0.8
		最高厚度	5
PCBA貼片加工元件規格	規格大小	最小規格	0603（0201） 0402（）
		最大尺寸	45*45	68*68
		元件厚度	25.4
	QFP封裝	最小腳距	0.4	0.3
	BGA封裝	最小腳距	0.5	0.3

PCBA交期說明

項目	加工數量
	少于100件	100-1000件	多于1000件
交期	少于3天	少于5天	3天開始交貨
備注	SMT快件最(zui)快8小時交付； 合(he)格率保證在99%以上； 交期計(ji)算(suan)從客戶資料、物料確認完畢后(hou)開始計(ji)算(suan)