機器(qi)(qi)人障(zhang)礙檢(jian)測系(xi)統控(kong)制板(ban)關(guan)系(xi)著運動的(de)智能化程(cheng)度，本案(an)例(li)中的(de)機器(qi)(qi)人障(zhang)礙檢(jian)測控(kong)制方(fang)案(an)基(ji)于ARM處理器(qi)(qi)、視覺傳感器(qi)(qi)設計。

系統總體方案設計

根據系(xi)(xi)統(tong)的功能需(xu)求，設計了以嵌入式系(xi)(xi)統(tong)為核心，以ARM處理器為主控制器，以視覺(jue)傳感器檢測障(zhang)(zhang)礙的機器人障(zhang)(zhang)礙檢測系(xi)(xi)統(tong)方(fang)案(an)。機器人障(zhang)(zhang)礙檢測系(xi)(xi)統(tong)總體方(fang)案(an)框圖(tu)的整體框如(ru)圖(tu)

機器人障礙檢測(ce)系(xi)(xi)統整(zheng)體(ti)結構由ARM嵌(qian)入(ru)式系(xi)(xi)統、視覺(jue)模(mo)(mo)(mo)塊(kuai)、電源模(mo)(mo)(mo)塊(kuai)、存(cun)儲模(mo)(mo)(mo)塊(kuai)、調(diao)試(shi)模(mo)(mo)(mo)塊(kuai)組(zu)成。ARM嵌(qian)入(ru)式系(xi)(xi)統作為(wei)系(xi)(xi)統的(de)核心部分，主要(yao)負責(ze)協調(diao)系(xi)(xi)統各模(mo)(mo)(mo)塊(kuai)的(de)運(yun)行；清(qing)潔運(yun)行中需要(yao)時刻感知(zhi)環境信(xin)息(xi)，通(tong)(tong)過視覺(jue)模(mo)(mo)(mo)塊(kuai)進行視頻(pin)圖(tu)像(xiang)采集，將采集的(de)圖(tu)像(xiang)存(cun)放在(zai)存(cun)儲模(mo)(mo)(mo)塊(kuai)，經(jing)過嵌(qian)入(ru)式系(xi)(xi)統處理，實現(xian)(xian)清(qing)潔的(de)障礙檢測(ce)。電源模(mo)(mo)(mo)塊(kuai)提供系(xi)(xi)統各模(mo)(mo)(mo)塊(kuai)的(de)電源需求。調(diao)試(shi)模(mo)(mo)(mo)塊(kuai)通(tong)(tong)過調(diao)試(shi)工具實現(xian)(xian)系(xi)(xi)統的(de)開發調(diao)試(shi)。RS232接口(kou)作為(wei)PC機與嵌(qian)入(ru)式系(xi)(xi)統串口(kou)通(tong)(tong)訊(xun)接口(kou)。

視覺障礙檢測方案設計

由(you)于全景(jing)下的障(zhang)礙(ai)檢(jian)測算法復(fu)雜度高(gao)、難度大、硬(ying)件設備(bei)要(yao)求高(gao)、開發周期長等因素，本(ben)文(wen)基于局部(bu)區域的視(shi)覺傳(chuan)感器障(zhang)礙(ai)檢(jian)測。在局部(bu)區域內，一般障(zhang)礙(ai)物與地(di)面(mian)有非(fei)常明顯的交界(jie)線，因此本(ben)文(wen)通過檢(jian)測障(zhang)礙(ai)物與地(di)面(mian)交界(jie)線的這一顯著特征進行障(zhang)礙(ai)檢(jian)測。

視覺障礙檢測整體方案

視(shi)覺模塊主(zhu)要任務是通過單(dan)目視(shi)覺進行障礙檢(jian)測，視(shi)覺障礙檢(jian)測的整體(ti)結構示意圖如圖。

視覺模(mo)(mo)塊子系(xi)統主要包(bao)括圖像(xiang)采(cai)集模(mo)(mo)塊、障(zhang)礙(ai)檢測模(mo)(mo)塊及障(zhang)礙(ai)定位(wei)模(mo)(mo)塊。

1. 圖像采集(ji)模塊。通(tong)過視(shi)覺(jue)傳感器采集(ji)環(huan)境信息(xi)，是清潔障(zhang)礙(ai)檢測的(de)前提工作。

2. 障礙檢測模塊。實現檢測障礙功能(neng)，通過圖像處(chu)理及理解等(deng)方法，檢測環(huan)境中是(shi)否存在障礙物(wu)。

3. 障(zhang)礙(ai)定位模塊。實現障(zhang)礙(ai)物的測(ce)(ce)距功能，通過(guo)攝像(xiang)機(ji)成像(xiang)模型方(fang)法，完成對障(zhang)礙(ai)物的測(ce)(ce)距定位。

障礙檢測及定位模塊實現方案

在局部區(qu)域內，一般障礙(ai)物與(yu)地面具有(you)明顯的交(jiao)界(jie)線(xian)，因此，可以通過(guo)檢(jian)測(ce)交(jiao)界(jie)線(xian)進行障礙(ai)檢(jian)測(ce)障礙(ai)檢(jian)測(ce)基(ji)本流程圖如圖。

首先對原始圖(tu)像(xiang)進(jin)行圖(tu)像(xiang)預處理，其次(ci)通(tong)過(guo)邊緣檢測方法提取障(zhang)礙與地(di)面的交界線特征，然后判斷是否存在障(zhang)礙物(wu)(wu)，如果存在障(zhang)礙物(wu)(wu)，最后通(tong)過(guo)Hough變換(huan)標示出障(zhang)礙物(wu)(wu)區域。

障礙定位模塊實現方案

障(zhang)礙(ai)定位(wei)模(mo)(mo)塊的(de)功(gong)(gong)能是實(shi)現(xian)(xian)障(zhang)礙(ai)物(wu)的(de)位(wei)置測量，本(ben)文根據攝像機透視成(cheng)像模(mo)(mo)型的(de)方(fang)法進行測距(ju)，該模(mo)(mo)型將(jiang)圖(tu)像坐標轉換成(cheng)世界坐標，實(shi)現(xian)(xian)障(zhang)礙(ai)物(wu)的(de)定位(wei)功(gong)(gong)能。

透視模型是(shi)最常用的攝像機投影模型，可以用小孔(kong)成像模型簡化如圖。

ABCD為(wei)(wei)攝像機(ji)(ji)拍攝到(dao)的(de)地面(mian)(mian)上梯形區域，O點(dian)為(wei)(wei)攝像機(ji)(ji)鏡(jing)頭中心點(dian)，G點(dian)為(wei)(wei)攝像機(ji)(ji)光軸(zhou)和地面(mian)(mian)的(de)交點(dian)，O點(dian)為(wei)(wei)O點(dian)在地平面(mian)(mian)上的(de)垂直投影。a、b、C、d、g分別(bie)為(wei)(wei)A、B、C、D、G在圖像平面(mian)(mian)的(de)對(dui)應(ying)點(dian)。

軟硬件整體設計

硬件總體設計

根據系統的(de)總體(ti)方(fang)案(an)，為實現嵌入式(shi)系統的(de)功能，提(ti)出了滿(man)足系統需求的(de)硬件總體(ti)設計方(fang)案(an)，其整體(ti)框圖如圖。

根據(ju)系(xi)統功能需求(qiu)及(ji)模(mo)(mo)塊化(hua)結(jie)構設計的思想，機器人障礙(ai)檢測控制系(xi)統硬件模(mo)(mo)塊設計是：

1. 嵌入式最(zui)小系統(tong)模塊，包括晶振電路、時(shi)鐘電路、Flash、SDRAM電路等(deng)。

2. USB接(jie)口(kou)模(mo)塊(kuai)，該模(mo)塊(kuai)主(zhu)要是通過USB外接(jie)USB攝像頭進(jin)行(xing)圖像采集與(yu)圖片(pian)傳輸。

3. RS232接(jie)口模塊，該模塊實(shi)現宿主機與目標機的串口通(tong)訊，進(jin)行嵌入式系(xi)統開發(fa)。

4. 電源模塊，該模塊為系統各芯(xin)片及元(yuan)器件提供所需電源。

軟件總體設計

系統采(cai)用Linux嵌(qian)入式操作(zuo)系統作(zuo)為S3C244O軟件(jian)開發平臺(tai)，軟件(jian)設(she)計(ji)主要包括圖(tu)像采(cai)集程序(xu)、圖(tu)像處理及(ji)障礙定位(wei)程序(xu)設(she)計(ji)，主程序(xu)的流程如圖(tu)。

1)圖像采集程序設計。基(ji)于Video4Linux2API。Linux系(xi)統(tong)(tong)中(zhong)的視頻(pin)(pin)子系(xi)統(tong)(tong)Video4Linux為視頻(pin)(pin)應(ying)用(yong)程序提供了一套統(tong)(tong)一的API，視頻(pin)(pin)應(ying)用(yong)程序通(tong)過標(biao)準的系(xi)統(tong)(tong)調用(yong)即可操(cao)作各種(zhong)不(bu)同的視頻(pin)(pin)捕(bu)獲設備。

2)圖(tu)像處理程序(xu)設計(ji)。根據系統的(de)(de)障礙檢測(ce)算法，設計(ji)出(chu)能夠實現障礙檢測(ce)的(de)(de)軟件程序(xu)。

3)障(zhang)礙定(ding)位程序設計。根據(ju)系統的障(zhang)礙定(ding)位方案，提取出圖像坐標，進而轉換成世界坐標系實現(xian)障(zhang)礙物的定(ding)位功能。

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快件最快8小時交付； 合(he)格(ge)率保證在99%以上； 交期計算從(cong)客(ke)戶資料、物料確(que)認完(wan)畢后開(kai)始計算