基于雙計算機的仿人機器人的視覺跟蹤系統(tǒng)

圖2 視頻序列中運動目標分割過程

　　本文利用仿人機器人的立體視覺系統(tǒng)，設(shè)計了融合深度，顏色，形狀信息的逐步逼近目標區(qū)域的快速跟蹤方法。圖2為視頻序列中運動目標的分割過程。首先利用深度信息把機器人關(guān)心的前景區(qū)域分割出來，得到ROF（Region of Foregroud）區(qū)域，即粗略的目標候選區(qū)域。在ROF中使用顏色濾波器分割，得到ROIC（Region of Interest Color）區(qū)域。最后形狀檢測器可以把相同顏色的物體區(qū)別開來。在分割過程中，候選目標區(qū)域逐步縮小并逼近目標區(qū)域。逐步縮小的候選目標區(qū)域減少了計算量，提高了系統(tǒng)的運算速度。同時，該方法有效的避免了場景中相同顏色物體的干擾，提高了目標分割的穩(wěn)定性。圖3顯示了目標物體的分割結(jié)果。

圖3 復雜場景中目標物體的分割結(jié)
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3 運動控制子系統(tǒng)
3.1運動控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

　　機器人的運動控制子系統(tǒng)是一個典型的計算機控制系統(tǒng)。機器人頭部的控制目的是為了機器人的頭部能夠?qū)崟r跟蹤運動目標，因此實際控制信號輸入量是根據(jù)目標物體的位置信息求得的規(guī)劃數(shù)據(jù)。在反饋信號的輸入方面，因為被控對象是電機轉(zhuǎn)動的角度，用電機上面的軸角編碼器的輸出作為反饋信號。

　　系統(tǒng)使用了一套多功能接口板，將所有的A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換、ENC（encoder）、PWM、IO等多種功能都集成在該接口板上，提高了系統(tǒng)的集成性并減小了系統(tǒng)體積和重量。多功能接口板上上的ENC接口來作為反饋信號的輸入通道，它可以測量軸角編碼器的脈沖輸出個數(shù)。每個運動關(guān)節(jié)采用經(jīng)典的PD伺服控制。

　　3.2運動控制系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)
　　運動控制子系統(tǒng)采用了RT-Linux（Real Time Linux）實時操作系統(tǒng)，其軟件結(jié)構(gòu)如圖4所示，主要包括兩個模塊：主程序模塊、實時任務(wù)模塊，主程序模塊是linux應(yīng)用程序，實時任務(wù)模塊是RTlinux下的實時進程。兩個模塊也是兩個進程，通過管道（FIFO）進行通訊等。

圖4 BHR1運動控制系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)

　　實時任務(wù)主模塊包括兩部分：周期性執(zhí)行的實時控制循環(huán)（即實時線程）和實時任務(wù)觸發(fā)器。實時線程的周期性執(zhí)行是由一個循環(huán)實現(xiàn)的。該循環(huán)主要完成兩大功能：機器人運動控制、與各電機相連的軸角編碼器的信息采集。實時任務(wù)周期為3毫秒。實時任務(wù)周期是根據(jù)D/A通道處理時間和碼盤計數(shù)器讀取時間，以及傳感器信息獲取時間確定。