基于视觉技术的双电机协同控制装置.docVIP

摘要 在微型电子和计算机产业飞速发展大环境下，伺服电机具有了更加广阔的市场前景，视觉(CV)在生产生活的各个方面均有涉猎，其地位也随之愈加重要。大至国家防御安全、小至民间实用，监控设备的智能化已形成未来趋势，CV技术作为其关键技术已作为主流研究方向。配合工作的两轴电机可以对目标路径产生追踪，但追踪精度具有局限性。因此本文最终选定的针对多个电机设备的协同运作所采取的控制方法研究的课题在当下工业界具有极大应用需求的背景下具有弥足重要的研究意义和价值。但需要明确的一点时，该课题的探究与实现并非产生于现代科研领域之中，其实关于如何使得多台电动机可以依据预期的同步运转的方式的探究已经早有起源，发展至今，该领域内所留问题并不仅仅集中在简单的解决之上，而是在协同控制方法研究的同时更加注重电动机在该种控制方法下实际应用的性能的优化与提升。 本文针对现实生产生活中监控设备的目标追踪捕捉精度具有的局限性展开，基于视觉技术，对典型双电机协同控制装置进行了准确的研究工作。通过对现有监控视觉技术进行了调研对比，注重于视觉算法和控制方法对整体系统的实际构造，最终完成视觉技术对整体调控装置的设计，使其达到对行为性目标进行准确捕捉的目的。 关键词 视觉算法；协同控制；舵机 第1章 绪论 1.1 研究背景及意义 随着硬件设备的制造工艺、加工制造技术不断地获得突破和革新，诸多涉及工业界以及生产生活的硬件设施均需要电动机的参与和运作。在这其中针对电动机的控制方法的探究除了集中在如何改进其包括运转效率、电机指标等内容外，更为关注的问题围绕在可否将多架电动机设备进行协同运作的工作模式进一步展开。上述问题的探究对于基于自动控制理论研究建设的诸多不同种类业界的生产制造过程具有举足轻重的意义 REF _Re\r \h [1]。根据行业内有关于过程控制理论的实际应用情况而言，当涉及到多台电机设备运作时应预期它们可维持在同步工作的模式之下。随着计算机业界相关基础理论以及实践成果的不断改进与创新，众多应用领域中所需要的伺服类型的电动机设备的数量以及质量均相较以前有了极大幅度的提升。该领域涉及的技术难点主要在于当存在多台电动机设备联共运作时，采取何种控制方法可以实现所有设备的同步运作的协同工作模式 REF _Re\r \h [2]。 1.2 研究方法与研究内容 1.2.1 研究方法 为了使整个论文有着更加严密的逻辑和更加准确的理论支撑，论文将从以下几个方法实现对于论文的研究工作。 (1)文献研究方法。本文对现有相关文献进行梳理和总结，通过对当前对多电机协同控制和目标跟踪的发展现状、相关理论原理进行深入了解。 (2)理论归纳法。本文通过对基于视觉技术的双电机协同控制装置的设计逻辑的总结，讨论对此问题的实现意义与未来的研究方向。 (3)实验总结法。本文通过对现有理论的进一步总结，实现以理论为基础的实际实验，通过实验的结果发现具体的机构设计是否合理，能够有效的发现算法最后的实际效果及相关问题。 1.2.2 研究内容 针对当前在电机协同装置设计的过程中，主要对其视觉捕捉与协同装置进行了共同研究 REF _Re\r \h [3]。通过视觉算法实现对于目标的跟踪工作，通过电机控制算法实现电机间的协同工作，最终通过模拟实现与实验验证，证明了本文设计的适应性与有效性。针对本文基于视觉技术的双电机协同控制装置的设计过程，主要包括了以下各个部分。 (1)对基于视觉的电机协同控制设计的研究背景意义以及发展情况进行研究工作。首先对当前多电机协同工作的研究背景情况进行了介绍，其次是将视觉算法领域的发展意义进行了阐述，最后将两者结合对现阶段国内、国外的研究发展进程进行了详细的了解。 (2)对双电机协同控制的设计进行详细的介绍。通过对于电机构成的云台结构的运动情况进行了建模工作，之后将舵机的云台PID控制从原理到控制方法进行了全面的介绍。 (3)对系统设计过程中的颜色系统设计进行介绍。在颜色系统设计过过程中首先需要进行颜色通道的转换工作，即从RGB到HSV进行转换，之后利用Canshift算法实现对于运动目标的有效捕捉。 1.3 论文实现要求 为了在系统设计完成后能够更加方便有效的进行应用工作，文本系统的实现工作的主要功包括以下几个部分。 (1)通过两个舵机的共同作用构成的摄像机云台能够在垂直和水平进行全方位的运动，使得在系统运动的过程中能够对目标进行多位置的捕捉工作。 (2)通过视觉算法与STM32控制的控制系统的有效结合，能够对目标进行精准高效的跟踪捕捉。 (3)系统整体结构完整，个体较小，使得后期安装方便，利用位置广泛。 第2章 双电机控制设计 2.1 双电机云台运动建模 当摄像系统的焦点与屏幕镜的距离固定，其最大视