基于图像处理的自动开箱伺服系统

论文摘要

为了顺应企业现代化、信息化管理的发展趋势,国内许多烟草企业都采用了现代化物流管理的方法,传统的手工作业被自动化的条烟配送系统所代替。条烟开箱作业是条烟配送系统中的重要环节。本课题来源于件烟自动开箱机研发项目,件烟自动开箱机中要求系统能通过单目视觉测量得到箱盖的厚度,将这个厚度作为电机的控制参数,精确控制执行机构完成箱体端面的开箱作业。本文研究的主要内容包括：构建以ARM为核心的伺服系统控制平台,分别对控制系统的软件和硬件进行设计,包括硬件的选型、外围电路设计和PWM发送和通过光电编码器捕捉反馈信号等功能模块的设计。研究摄像机标定技术和原理,并采用OpenCV对实验中的摄像机进行标定,求出其内外参数。针对本课题实际应用中待处理对像的特点,提出一种结合Canny边缘检测和HIS颜色空间的特征提取法,并通过基于概率的Hough变换对线段进行拟合,最后根据经验选取线段进行测量。为了实现项目高效性的要求,对电机控制算法进行研究。先比较传统建模法和系统辨识的方法对系统建模,以确定精确的系统模型。然后分别设计出自适应PID控制器和模糊PID控制器。并提出的方法和设计的系统进行实验和仿真分别分析了图像测量模块和控制模块的效果。本文主要在VC6.0平台下基于C语言和OpenCV库开发系统测试软件,通过串口连接上位机和下位机,最后通过实验平台对系统进行验证,试验表明在验证平台上,系统的精度符合项目提出的要求,控制方案能达到预期目标。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及来源
• 1.2 机器视觉伺服控制系统综述
• 1.2.1 机器人视觉伺服系统发展
• 1.2.2 机器人视觉系统分类
• 1.2.3 本项目中的机器人视觉伺服系统
• 1.3 本文所做的工作
• 第二章 基于视觉伺服控制系统设计
• 2.1 系统要求与设计
• 2.1.1 机械系统设计
• 2.1.2 控制系统设计
• 2.2 相关部件选择
• 2.2.1 图像采集装置选择
• 2.2.2 电机选择
• 2.2.3 ARM芯片选择
• 2.2.4 驱动芯片选择
• 2.2.5 编码器选择
• 2.3 ARM外围硬件设计
• 2.3.1 电源转换模块
• 2.3.2 串口通讯电路
• 2.3.3 JTAG接口电路
• 2.3.4 光耦隔离电路
• 2.3.5 电机驱动电路设计
• 2.4 控制系统设计
• 2.4.1 控制系统总体设计
• 2.4.2 PWM输出模块设计
• 2.4.3 反馈模块设计
• 2.5 伺服系统的软件设计
• 2.5.1 软件系统设计的主要任务
• 2.5.2 系统的整体软件结构
• 2.5.3 重要模块设计
• 2.6 本章小结
• 第三章 视觉系统的构成及标定方法
• 3.1 单目系统的构成
• 3.2 摄像机标定
• 3.2.1 透视投影模型
• 3.2.2 摄像机参数及透视投影模型
• 3.3 非线性模型
• 3.5 单目视觉系统标定
• 3.5.1 摄像机标定的一般方法
• 3.5.2 单目系统标定方法
• 3.5.3 单目系统标定实验结果
• 3.6 本章小结
• 第四章 视觉伺服的图像处理
• 4.1 图像去噪
• 4.2 边缘检测
• 4.2.1 边缘检测算法
• 4.2.2 基于Canny算子的亚像素边缘检测
• 4.2.3 三次样条插值（亚像素定位）
• 4.3 图像分割
• 4.3.1 对象分析
• 4.3.2 色彩空间分析
• 4.4 特征拟合
• 4.4.1 Hough线段检测
• 4.4.2 像素距离计算
• 4.5 图像处理软件设计
• 4.6 本章小结
• 第五章 伺服控制系统的算法研究及实现
• 5.1 系统建模
• 5.1.1 传统辨识建模
• 5.1.2 系统辨识
• 5.2 PID控制算法
• 5.3 控制参数整定
• 5.3.1 PID参数调整规则
• 5.3.2 自适应PID参数整定法
• 5.3.3 模糊PID参数整定法
• 5.4 本章小结
• 第六章 实验与仿真
• 6.1 实验系统
• 6.2 箱体端面厚度测量试验
• 6.2.1 实验设备
• 6.2.2 实验目的
• 6.2.3 实验内容
• 6.2.4 实验结果
• 6.3 伺服控制实验
• 6.3.1 仿真模型的建立
• 6.3.2 仿真结果分析
• 6.3.3 控制系统实验
• 6.4 结果分析
• 第七章 总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 下一阶段工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文