一种基于FPGA目标识别的机器人制造技术

本发明专利技术公开一种基于FPGA目标识别的机器人。系统分为两大部分：硬件设计和软件设计。主要应用在对颜色目标的识别与跟踪的场合，当具有红、绿和蓝色的目标进入摄像头的可视范围时，可以同时识别到这三种颜色的目标，并将结果显示在液晶屏上，同时可以对其中任何一种颜色的目标进行跟踪。在光照发生变化或目标有部分遮挡的情况下，系统可以识别到目标；当电机转速在45r/min时，履带机器人可以跟踪到目标。广泛应用在家庭服务机器人对目标颜色的识别与跟踪上。本产品操作方便，消耗低，符合节能减排的理念。

A robot based on FPGA target recognition

【技术实现步骤摘要】
一种基于FPGA目标识别的机器人
本专利技术涉及一种基于FPGA目标识别的机器人，主要应用在对颜色目标的识别与跟踪的场合。当具有红、绿和蓝色的目标进入摄像头的可视范围时，可以同时识别到这三种颜色的目标，并将结果显示在液晶屏上，同时可以对其中任何一种颜色的目标进行跟踪。在光照发生变化或目标有部分遮挡的情况下，系统可以识别到目标；当电机转速在45r/min时，履带机器人可以跟踪到目标。广泛应用在家庭服务机器人对目标颜色的识别与跟踪上。
技术介绍
目前，随着科学技术的高速发展，目标识别和目标跟踪系统在各大领域得到了广泛的应用。目标识别与跟踪在计算机视觉当中起着非常重要的作用，计算机视觉是对摄像头采集到的数字图像进行相关预处理，将预处理后的结果进行分析，选择合适的算法，使机器能够了解外界环境，从而实现人机交互，机器视觉对于机器来说相等同于我们人类的眼睛。它是对跟踪物体的识别，然后根据识别的结果来实现跟踪。目标物体的识别可以通过目标物体的大小、颜色和形状等特性来实现，最后通过计算出的目标形屯、坐标等特性来实现跟踪。例如在医巧方面上，对药品形状和颜色的检测、辅助医生进行医学影像分析的技术和口腔医学技术等；在工业领域上，工业生产中自动识别技术等；在军事方面上，对空中、地面和海上目标的识别，然后实现精确制导打击等；在智能安防监控方面上，对车牌照片的识别、车辆照片的识别和路人的识别等；在体育、娱乐方面上，对影视作品中的目标识别与跟踪，将演员背后贴上目标对象，通过识别目标对象来实现对演员的跟踪以及舞台上灯光的识别与追踪和对运动员的识别与跟踪等。在现在社会的发展中，集成自动化、机械、人工智能计算机等高新尖端科技的机器人将成为推动“工业4.0”进程的重要力量。基于FPGA目标识别的机器人符合“工业4.0”时代背景，
技术实现思路
为了克服传统的目标识别方式的不足，本专利技术提供了一种基于FPGA目标识别的机器人，用于对颜色目标的识别与跟踪。采用的是FPGA与Atmega64单片机相结合，FPGA主要负责的是图像采集、图像存储、图像识别、图像显示和将在FPGA上计算出的目标形也坐标通过USRAT串口发送到履带机器人的主控板上；Atmega64单片机主要负责的是通过USART串口接收FPGA发送来的目标形心坐标，用PID控制算法生成相应的PWM来驱动电机使履带机器人跟踪目标。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于FPGA目标识别的机器人，系统分为两大部分：硬件设计和软件设计。其特征在于所述的硬件设计分为机器人视觉系统的硬件设计和机器人移动系统的硬件设计。机器人视觉系统的硬件设计以EP4CE6F17C8作为核心处理器，设计了电源电路、0V7670摄像头接口电路、SDRAM存储器电路、7寸TFTLCD液晶屏接口电路和USRAT串口接口电路等；机器人移动系统的硬件设计以Atmega64单片机为核心控制器，设计了电源电路、电机驱动电路和USART串口接口电路等。所述的软件设计分为机器人视觉系统和机器人移动系统。机器人视觉系统是用0V7670摄像头采集图像数据，将采集的图像数据写入到SDRAM中，然后从SDRAM中读出的数据利用RGB空间中的颜色阔值算法来对目标进行识别，并计算出目标的形心坐标，最后将形心坐标通过USART串口发送到机器人移动系统主控板上；机器人移动系统是以Atmega64单片机为核心处理器，通过USART串口接收到目标形心列坐标，将目标形心列坐标与液晶屏幕中心列坐标作差，通过PID控制算法输出相应的PWM来控制履带机器人准确的跟踪目标。本专利技术的有益效果是，采用了FPGA与Atmega64单片机相结合，主要应用在对颜色目标的识别与跟踪的场合。当具有红、绿和蓝色的目标进入摄像头的可视范围时，可以同时识别到这三种颜色的目标，并将结果显示在液晶屏上，同时可以对其中任何一种颜色的目标进行跟踪，具有广泛的应用价值和市场前景。附图说明图1是系统总体结构图图2是机器人视觉系统总体方案图具体实施方式下面结合附图给出具体实施例，进一步说明本专利技术是如何实现的。在图1中，一种基于FPGA目标识别的机器人，系统分为两大部分：硬件设计和软件设计。其特征在于所述的硬件设计分为机器人视觉系统的硬件设计和机器人移动系统的硬件设计。机器人视觉系统的硬件设计以EP4CE6F17C8作为核心处理器，设计了电源电路、0V7670摄像头接口电路、SDRAM存储器电路、7寸TFTLCD液晶屏接口电路和USRAT串口接口电路等；机器人移动系统的硬件设计以Atmega64单片机为核心控制器，设计了电源电路、电机驱动电路和USART串口接口电路等。所述的软件设计分为机器人视觉系统和机器人移动系统。机器人视觉系统是用0V7670摄像头采集图像数据，将采集的图像数据写入到SDRAM中，然后从SDRAM中读出的数据利用RGB空间中的颜色阔值算法来对目标进行识别，并计算出目标的形心坐标，最后将形心坐标通过USART串口发送到机器人移动系统主控板上；机器人移动系统是以Atmega64单片机为核心处理器，通过USART串口接收到目标形心列坐标，将目标形心列坐标与液晶屏幕中心列坐标作差，通过PID控制算法输出相应的PWM来控制履带机器人准确的跟踪目标。在图1中，所述的履带机器人视觉系统的硬件设计主要包括：电源模块电路的设计、摄像头接口电路的设计、液晶屏接口电路的设计、SDRAM存储器电路的设计、USART串口接口电路的设计和下载程序JTAG接口电路的设计。电源电路是为履带机器人视觉系统供电的。整个视觉系统采用了五种电源：5V、3.3V、2.8V、2.5V和1.2V，5V电源是由履带机器人移动系统主控板提供的，通过LM1117-3.3芯片降压为OV7670摄像头的CMOS-SCLK和CMOS-SDAT端口、SDRAM存储器电路、7寸TFT液晶屏电路、USART串口电路、ADP323电压调节器电路和电源指示灯电路等输出稳定的3.3V电压。摄像头选型的依据主要与目标识别与跟踪系统有关，根据系统功能选择了一款体积小、价格低、功耗小和分辨率不高的摄像头，即是OmniVision公司生产的OV7670摄像头。SDRAM是同步动态随机存储器，同步指的是存储器在工作时钟频率与处理器总线的时钟频率相同；动态指的是存储器中的内容需要不断的刷新，来给电容不断的充电，为的是不让存储器中的数据丢失；随机指的是存储器的内容可以任意的、不按顺序的访问。它的内部分为4个L-BANK，其寻址方式是先选择L-BANK地址，然后选择行地址，最后选择列地址来确定寻址单元。FPGA图像处理系统中要求处理快、速度高的存储器，所以设计采用了一片SDRAM，型号是H57V2562GTR-75C，该芯片的封装用的是54脚的TSOP，工作电压3.3V。而液晶屏采用的是7寸TFTLCD液晶屏，型号是A070VW05V2，供电电压是5V，具有背光控制功能，R、G和B各占8位，本系统只用了R的高5位，G的高6位和B的高5位，它与机器人视觉系统板是通过FPC排线来连接的。USART串本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于FPGA目标识别的机器人，系统采用模块化设计，系统分为两大部分：硬件设计和软件设计；其特征在于所述的硬件设计分为机器人视觉系统的硬件设计和机器人移动系统的硬件设计，机器人视觉系统的硬件设计以EP4CE6F17C8作为核心处理器，设计了电源电路、0V7670摄像头接口电路、SDRAM存储器电路、7寸TFT LCD液晶屏接口电路和USRAT串口接口电路等；机器人移动系统的硬件设计以Atmega64单片机为核心控制器，设计了电源电路、电机驱动电路和USART串口接口电路等；所述的软件设计分为机器人视觉系统和机器人移动系统，机器人视觉系统是用0V7670摄像头采集图像数据，将采集的图像数据写入到SDRAM中，然后从SDRAM中读出的数据利用RGB空间中的颜色阔值算法来对目标进行识别，并计算出目标的形心坐标，最后将形心坐标通过USART串口发送到机器人移动系统主控板上；机器人移动系统是以Atmega64单片机为核心处理器，通过USART串口接收到目标形心列坐标，将目标形心列坐标与液晶屏幕中心列坐标作差，通过PID控制算法输出相应的PWM来控制履带机器人准确的跟踪目标。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA目标识别的机器人，系统采用模块化设计，系统分为两大部分：硬件设计和软件设计；其特征在于所述的硬件设计分为机器人视觉系统的硬件设计和机器人移动系统的硬件设计，机器人视觉系统的硬件设计以EP4CE6F17C8作为核心处理器，设计了电源电路、0V7670摄像头接口电路、SDRAM存储器电路、7寸TFTLCD液晶屏接口电路和USRAT串口接口电路等；机器人移动系统的硬件设计以Atmega64单片机为核心控制器，设计了电源电路、电机驱动电路和USART串口接口电路等；所述的软件设计分为机器人视觉系统和机器人移动系统，机器人视觉系统是用0V7670摄像头采集图像数据，将采集的图像数据写入到SDRAM中，然后从SDRAM中读出的数据利用RGB空间中的颜色阔值算法来对目标进行识别，并计...

【专利技术属性】
技术研发人员：张亮，龚程程，徐宝林，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12