專(zhuān)利名稱(chēng)：基于cpld的機(jī)器人視覺(jué)導(dǎo)航系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是機(jī)器人視覺(jué)導(dǎo)航系統(tǒng)，特指是一種基于CPLD的機(jī)器人視覺(jué)導(dǎo)航系統(tǒng)，具體是機(jī)器人通過(guò)對(duì)地面鋪設(shè)的彩色路徑的識(shí)別跟蹤進(jìn)行導(dǎo)航。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有的技術(shù)中，機(jī)器人視覺(jué)導(dǎo)航的控制系統(tǒng)通常是以單片機(jī)或DSP為核心，用CPLD作為外圍器件，并且用軟件實(shí)現(xiàn)控制算法，使控制器的速度受到限制，已經(jīng)不能滿(mǎn)足機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的需要。其次，控制器的輸入是圖像的特征值，這需要對(duì)圖像進(jìn)行處理，現(xiàn)有的圖像處理技術(shù)存在速度慢、提取特征不精確等特點(diǎn)，從而使機(jī)器人的路徑跟蹤速度變慢，精度不高。再者，在現(xiàn)有的視覺(jué)導(dǎo)航技術(shù)中，都是通過(guò)在地面鋪設(shè)白線或其它與地面有一定對(duì)比度的單一顏色線，并通過(guò)設(shè)置路標(biāo)的方法來(lái)尋找最優(yōu)路徑的，這種方法很容易丟失路標(biāo)信息，機(jī)器人無(wú)法獲取自己的位置信息，這樣會(huì)影響機(jī)器人導(dǎo)航的效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于CPLD的視覺(jué)導(dǎo)航系統(tǒng)，該系統(tǒng)專(zhuān)用于移動(dòng)機(jī)器人的視覺(jué)導(dǎo)航。
本發(fā)明是基于CPLD的機(jī)器人視覺(jué)導(dǎo)航系統(tǒng)，它是由彩色線陣CCD傳感器1、A/D轉(zhuǎn)換器2、CPLD處理控制電路3、外部存儲(chǔ)器4、驅(qū)動(dòng)電路5組成，其中彩色線陣CCD傳感器1的信號(hào)輸出端連接到A/D轉(zhuǎn)換器2的信號(hào)輸入端，彩色線陣CCD傳感器1的時(shí)鐘信號(hào)輸入端連接到CPLD處理控制電路3的時(shí)鐘信號(hào)輸出端，A/D轉(zhuǎn)換器2的數(shù)據(jù)輸出端連接到CPLD處理控制電路3數(shù)據(jù)輸入端，A/D轉(zhuǎn)換器2的時(shí)鐘信號(hào)輸入端連接到CPLD處理控制電路3的時(shí)鐘信號(hào)輸出端，CPLD處理控制電路3的數(shù)據(jù)輸入端連接到外部存儲(chǔ)器4的數(shù)據(jù)輸出端，CPLD處理控制電路3的信號(hào)輸出端連接到驅(qū)動(dòng)電路5的信號(hào)輸入端。
以上所述的基于CPLD的機(jī)器人視覺(jué)導(dǎo)航系統(tǒng)中的CPLD處理控制電路3是由狀態(tài)控制電路3-1、數(shù)據(jù)接口電路3-2、編碼電路3-3、算術(shù)邏輯運(yùn)算電路3-4、參數(shù)寄存器3-5、數(shù)據(jù)寄存器3-6、脈沖發(fā)生電路3-7、計(jì)數(shù)器3-8、時(shí)序控制電路3-9組成，其中狀態(tài)控制電路3-1的六個(gè)輸出輸入控制端分別連接數(shù)據(jù)接口電路3-2的輸入輸出控制端、編碼電路3-3的輸入輸出控制端、算術(shù)邏輯運(yùn)算電路3-4的輸入輸出控制端、參數(shù)寄存器3-5的輸入輸出控制端、數(shù)據(jù)寄存器3-6的輸入輸出控制端、脈沖發(fā)生電路3-7的輸入輸出控制端，時(shí)序控制電路3-9的七個(gè)時(shí)鐘信號(hào)輸出端分別連接彩色線陣CCD傳感器1的時(shí)鐘信號(hào)輸入端、A/D轉(zhuǎn)換器2的時(shí)鐘信號(hào)輸入端、數(shù)據(jù)接口電路3-2的時(shí)鐘信號(hào)輸入端、編碼電路3-3的時(shí)鐘信號(hào)輸入端、算術(shù)邏輯運(yùn)算電路3-4的時(shí)鐘信號(hào)輸入端、數(shù)據(jù)寄存器3-6的時(shí)鐘信號(hào)輸入端、脈沖發(fā)生電路3-7的時(shí)鐘信號(hào)輸入端，A/D轉(zhuǎn)換器2的數(shù)據(jù)輸出端連接到數(shù)據(jù)接口電路3-2的數(shù)據(jù)輸入端，數(shù)據(jù)接口電路3-2的數(shù)據(jù)輸出端連接到編碼電路3-3的數(shù)據(jù)輸入端，算術(shù)邏輯運(yùn)算電路3-4的數(shù)據(jù)輸入端分別連接到編碼電路3-3的數(shù)據(jù)輸出端、參數(shù)寄存器3-5的數(shù)據(jù)輸出端、數(shù)據(jù)寄存器3-6的數(shù)據(jù)輸出端，算術(shù)邏輯運(yùn)算電路3-4的數(shù)據(jù)輸出端連接到計(jì)數(shù)器3-8的數(shù)據(jù)輸入端，計(jì)數(shù)器3-8的數(shù)據(jù)輸出端連接到脈沖發(fā)生電路3-7的數(shù)據(jù)輸入端，脈沖發(fā)生電路3-7的信號(hào)輸出端連接到驅(qū)動(dòng)電路5的信號(hào)輸入端。
以上所述的基于CPLD的機(jī)器人視覺(jué)導(dǎo)航系統(tǒng)中算術(shù)邏輯運(yùn)算電路3-4是由運(yùn)算控制接口模塊3-4-1、圖像編碼判斷比較模塊3-4-2、運(yùn)算模塊3-4-3組成，其中狀態(tài)控制電路3-1的輸出輸入控制端連接運(yùn)算控制接口模塊3-4-1的輸入輸出控制端，運(yùn)算控制接口模塊3-4-1輸出輸入控制端分別連接圖像編碼判斷比較模塊3-4-2的輸入輸出控制端、運(yùn)算模塊3-4-3的輸入輸出控制端，圖像編碼判斷比較模塊3-4-2的數(shù)據(jù)輸入端分別連接編碼電路3-3的數(shù)據(jù)輸出端、數(shù)據(jù)寄存器3-6的數(shù)據(jù)輸出端，運(yùn)算模塊3-4-3的數(shù)據(jù)輸入端分別連接圖像編碼判斷比較模塊3-4-2的數(shù)據(jù)輸出端、參數(shù)寄存器3-5的數(shù)據(jù)輸出端，運(yùn)算模塊3-4-3的數(shù)據(jù)輸出端連接計(jì)數(shù)器3-8的數(shù)據(jù)輸入端。
本發(fā)明的彩色線陣CCD傳感器1采集到的圖像信息的模擬量輸入到A/D轉(zhuǎn)換器2，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量輸入到CPLD處理控制電路3，在CPLD處理控制電路中進(jìn)行圖像處理，同時(shí)讀取外部存儲(chǔ)器4內(nèi)存儲(chǔ)的圖像編碼值，與采集到的圖像編碼值比較得出控制脈沖，將控制脈沖輸出到驅(qū)動(dòng)電路5，整個(gè)系統(tǒng)采用全硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而克服了微處理器速度慢，復(fù)位慢，且不可靠，程序易跑飛等致命弱點(diǎn)。
本發(fā)明的視覺(jué)導(dǎo)航系統(tǒng)采用彩色線陣CCD傳感器作為圖像采集器件，由于彩色線陣CCD傳感器采集到的圖像是一維的，所以得到的圖像信息量比較少，又采用CPLD進(jìn)行圖像處理，解決了現(xiàn)有的圖像處理技術(shù)存在速度慢、提取特征不精確的問(wèn)題。該系統(tǒng)采用在地面鋪設(shè)不同顏色的彩色引導(dǎo)線作為導(dǎo)航路徑，且每條引導(dǎo)線的顏色各不相同，通過(guò)對(duì)彩色引導(dǎo)線的識(shí)別，機(jī)器人能夠準(zhǔn)確的判斷自己在有彩色引導(dǎo)線構(gòu)成的地圖中的位置，并且根據(jù)自己的位置規(guī)劃出到達(dá)目的地的最優(yōu)路徑。由于彩色引導(dǎo)線是連續(xù)的，從而克服了現(xiàn)有技術(shù)中采用單一顏色線與路標(biāo)導(dǎo)航方法中存在的丟失路標(biāo)信息后無(wú)法獲取機(jī)器人所在位置的問(wèn)題。


圖1是本發(fā)明整體電路結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是CPLD處理控制電路3電路結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是算數(shù)邏輯運(yùn)算電路3-4電路結(jié)構(gòu)示意圖，圖4是彩色引導(dǎo)線導(dǎo)航地圖示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明的系統(tǒng)是由彩色線陣CCD傳感器1、A/D轉(zhuǎn)換器2、CPLD處理控制電路3、外部存儲(chǔ)器4、驅(qū)動(dòng)電路5組成；彩色線陣CCD傳感器1的信號(hào)輸出端連接到A/D轉(zhuǎn)換器2的信號(hào)輸入端，彩色線陣CCD傳感器1的時(shí)鐘信號(hào)輸入端連接到CPLD處理控制電路3的時(shí)鐘信號(hào)輸出端，A/D轉(zhuǎn)換器2的數(shù)據(jù)輸出端連接到CPLD處理控制電路3數(shù)據(jù)輸入端，A/D轉(zhuǎn)換器2的時(shí)鐘信號(hào)輸入端連接到CPLD處理控制電路3的時(shí)鐘信號(hào)輸出端，CPLD處理控制電路3的數(shù)據(jù)輸入端連接到外部存儲(chǔ)器4的數(shù)據(jù)輸出端，CPLD處理控制電路3的信號(hào)輸出端連接到驅(qū)動(dòng)電路5的信號(hào)輸入端。
如圖2所示，本發(fā)明系統(tǒng)中的CPLD處理控制電路3是由狀態(tài)控制電路3-1、數(shù)據(jù)接口電路3-2、編碼電路3-3、算術(shù)邏輯運(yùn)算電路3-4、參數(shù)寄存器3-5、數(shù)據(jù)寄存器3-6、脈沖發(fā)生電路3-7、計(jì)數(shù)器3-8、時(shí)序控制電路3-9組成；狀態(tài)控制電路3-1的六個(gè)輸出輸入控制端分別連接數(shù)據(jù)接口電路3-2的輸入輸出控制端、編碼電路3-3的輸入輸出控制端、算術(shù)邏輯運(yùn)算電路3-4的輸入輸出控制端、參數(shù)寄存器3-5的輸入輸出控制端、數(shù)據(jù)寄存器3-6的輸入輸出控制端、脈沖發(fā)生電路3-7的輸入輸出控制端，時(shí)序控制電路3-9的七個(gè)時(shí)鐘信號(hào)輸出端分別連接彩色線陣CCD傳感器1的時(shí)鐘信號(hào)輸入端、A/D轉(zhuǎn)換器2的時(shí)鐘信號(hào)輸入端、數(shù)據(jù)接口電路3-2的時(shí)鐘信號(hào)輸入端、編碼電路3-3的時(shí)鐘信號(hào)輸入端、算術(shù)邏輯運(yùn)算電路3-4的時(shí)鐘信號(hào)輸入端、數(shù)據(jù)寄存器3-6的時(shí)鐘信號(hào)輸入端、脈沖發(fā)生電路3-7的時(shí)鐘信號(hào)輸入端，A/D轉(zhuǎn)換器2的數(shù)據(jù)輸出端連接到數(shù)據(jù)接口電路3-2的數(shù)據(jù)輸入端，數(shù)據(jù)接口電路3-2的數(shù)據(jù)輸出端連接到編碼電路3-3的數(shù)據(jù)輸入端，算術(shù)邏輯運(yùn)算電路3-4的數(shù)據(jù)輸入端分別連接到編碼電路3-3的數(shù)據(jù)輸出端、參數(shù)寄存器3-5的數(shù)據(jù)輸出端、數(shù)據(jù)寄存器3-6的數(shù)據(jù)輸出端，算術(shù)邏輯運(yùn)算電路3-4的數(shù)據(jù)輸出端連接到計(jì)數(shù)器3-8的數(shù)據(jù)輸入端，計(jì)數(shù)器3-8的數(shù)據(jù)輸出端連接到脈沖發(fā)生電路3-7的數(shù)據(jù)輸入端，脈沖發(fā)生電路3-7的信號(hào)輸出端連接到驅(qū)動(dòng)電路5的信號(hào)輸入端。
如圖3所示，本發(fā)明系統(tǒng)中的算術(shù)邏輯運(yùn)算電路3-4是由運(yùn)算控制接口模塊3-4-1、圖像編碼判斷比較模塊3-4-2、運(yùn)算模塊3-4-3組成；狀態(tài)控制電路3-1的輸出輸入控制端連接運(yùn)算控制接口模塊3-4-1的輸入輸出控制端，運(yùn)算控制接口模塊3-4-1輸出輸入控制端分別連接圖像編碼判斷比較模塊3-4-2的輸入輸出控制端、運(yùn)算模塊3-4-3的輸入輸出控制端，圖像編碼判斷比較模塊3-4-2的數(shù)據(jù)輸入端分別連接編碼電路3-3的數(shù)據(jù)輸出端、數(shù)據(jù)寄存器3-6的數(shù)據(jù)輸出端，運(yùn)算模塊3-4-3的數(shù)據(jù)輸入端分別連接圖像編碼判斷比較模塊3-4-2的數(shù)據(jù)輸出端、參數(shù)寄存器3-5的數(shù)據(jù)輸出端，運(yùn)算模塊3-4-3的數(shù)據(jù)輸出端連接計(jì)數(shù)器3-8的數(shù)據(jù)輸入端。
視覺(jué)導(dǎo)航系統(tǒng)中的導(dǎo)航地圖是在地面上鋪設(shè)一些彩色的引導(dǎo)線，每一條彩色引導(dǎo)線的顏色各不相同，如圖4所示，圖4中用不同灰度的引導(dǎo)線來(lái)表示不同的顏色。將機(jī)器人放在由一些不同顏色構(gòu)成的彩色引導(dǎo)線地圖上，視覺(jué)導(dǎo)航控制系統(tǒng)控制機(jī)器人跟蹤彩色引導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)，并且能夠根據(jù)彩色引導(dǎo)線的顏色判斷機(jī)器人在彩色引導(dǎo)線導(dǎo)航地圖中的位置，規(guī)劃出到達(dá)目的地的最優(yōu)路徑，快速而準(zhǔn)確的完成導(dǎo)航任務(wù)。
經(jīng)以上所述，視覺(jué)導(dǎo)航系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)有的路徑顏色信息能夠準(zhǔn)確的控制輸出脈沖驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，達(dá)到快速準(zhǔn)確導(dǎo)航的目的。
權(quán)利要求
1.基于CPLD的機(jī)器人視覺(jué)導(dǎo)航系統(tǒng)，有一個(gè)識(shí)別彩色引導(dǎo)線的彩色線陣CCD傳感器(1)，其特征在于該系統(tǒng)是由彩色線陣CCD傳感器(1)、A/D轉(zhuǎn)換器(2)、CPLD處理控制電路(3)、外部存儲(chǔ)器(4)、驅(qū)動(dòng)電路(5)組成，其中彩色線陣CCD傳感器(1)的信號(hào)輸出端連接到A/D轉(zhuǎn)換器(2)的信號(hào)輸入端，彩色線陣CCD傳感器(1)的時(shí)鐘信號(hào)輸入端連接到CPLD處理控制電路(3)的時(shí)鐘信號(hào)輸出端，A/D轉(zhuǎn)換器(2)的數(shù)據(jù)輸出端連接到CPLD處理控制電路(3)數(shù)據(jù)輸入端，A/D轉(zhuǎn)換器(2)的時(shí)鐘信號(hào)輸入端連接到CPLD處理控制電路(3)的時(shí)鐘信號(hào)輸出端，CPLD處理控制電路(3)的數(shù)據(jù)輸入端連接到外部存儲(chǔ)器(4)的數(shù)據(jù)輸出端，CPLD處理控制電路(3)的信號(hào)輸出端連接到驅(qū)動(dòng)電路(5)的信號(hào)輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CPLD的機(jī)器人視覺(jué)導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于CPLD處理控制電路(3)是由狀態(tài)控制電路(3-1)、數(shù)據(jù)接口電路(3-2)、編碼電路(3-3)、算術(shù)邏輯運(yùn)算電路(3-4)、參數(shù)寄存器(3-5)、數(shù)據(jù)寄存器(3-6)、脈沖發(fā)生電路(3-7)、計(jì)數(shù)器(3-8)、時(shí)序控制電路(3-9)組成，其中狀態(tài)控制電路(3-1)的六個(gè)輸出輸入控制端分別連接數(shù)據(jù)接口電路(3-2)的輸入輸出控制端、編碼電路(3-3)的輸入輸出控制端、算術(shù)邏輯運(yùn)算電路(3-4)的輸入輸出控制端、參數(shù)寄存器(3-5)的輸入輸出控制端、數(shù)據(jù)寄存器(3-6)的輸入輸出控制端、脈沖發(fā)生電路(3-7)的輸入輸出控制端，時(shí)序控制電路(3-9)的七個(gè)時(shí)鐘信號(hào)輸出端分別連接彩色線陣CCD傳感器(1)的時(shí)鐘信號(hào)輸入端、A/D轉(zhuǎn)換器(2)的時(shí)鐘信號(hào)輸入端、數(shù)據(jù)接口電路(3-2)的時(shí)鐘信號(hào)輸入端、編碼電路(3-3)的時(shí)鐘信號(hào)輸入端、算術(shù)邏輯運(yùn)算電路(3-4)的時(shí)鐘信號(hào)輸入端、數(shù)據(jù)寄存器(3-6)的時(shí)鐘信號(hào)輸入端、脈沖發(fā)生電路(3-7)的時(shí)鐘信號(hào)輸入端，A/D轉(zhuǎn)換器(2)的數(shù)據(jù)輸出端連接到數(shù)據(jù)接口電路(3-2)的數(shù)據(jù)輸入端，數(shù)據(jù)接口電路(3-2)的數(shù)據(jù)輸出端連接到編碼電路(3-3)的數(shù)據(jù)輸入端，算術(shù)邏輯運(yùn)算電路(3-4)的數(shù)據(jù)輸入端分別連接到編碼電路(3-3)的數(shù)據(jù)輸出端、參數(shù)寄存器(3-5)的數(shù)據(jù)輸出端、數(shù)據(jù)寄存器(3-6)的數(shù)據(jù)輸出端，算術(shù)邏輯運(yùn)算電路(3-4)的數(shù)據(jù)輸出端連接到計(jì)數(shù)器(3-8)的數(shù)據(jù)輸入端，計(jì)數(shù)器(3-8)的數(shù)據(jù)輸出端連接到脈沖發(fā)生電路(3-7)的數(shù)據(jù)輸入端，脈沖發(fā)生電路(3-7)的信號(hào)輸出端連接到驅(qū)動(dòng)電路(5)的信號(hào)輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的基于CPLD的機(jī)器人視覺(jué)導(dǎo)航系統(tǒng)，其特征在于所述算術(shù)邏輯運(yùn)算電路(3-4)是由運(yùn)算控制接口模塊(3-4-1)、圖像編碼判斷比較模塊(3-4-2)、運(yùn)算模塊(3-4-3)組成，其中狀態(tài)控制電路(3-1)的輸出輸入控制端連接運(yùn)算控制接口模塊(3-4-1)的輸入輸出控制端，運(yùn)算控制接口模塊(3-4-1)輸出輸入控制端分別連接圖像編碼判斷比較模塊(3-4-2)的輸入輸出控制端、運(yùn)算模塊(3-4-3)的輸入輸出控制端，圖像編碼判斷比較模塊(3-4-2)的數(shù)據(jù)輸入端分別連接編碼電路(3-3)的數(shù)據(jù)輸出端、數(shù)據(jù)寄存器(3-6)的數(shù)據(jù)輸出端，運(yùn)算模塊(3-4-3)的數(shù)據(jù)輸入端分別連接圖像編碼判斷比較模塊(3-4-2)的數(shù)據(jù)輸出端、參數(shù)寄存器(3-5)的數(shù)據(jù)輸出端，運(yùn)算模塊(3-4-3)的數(shù)據(jù)輸出端連接計(jì)數(shù)器(3-8)的數(shù)據(jù)輸入端。
全文摘要
基于CPLD的機(jī)器人視覺(jué)導(dǎo)航系統(tǒng)，由彩色線陣CCD傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、CPLD處理控制電路、外部存儲(chǔ)器、驅(qū)動(dòng)電路組成，其中彩色線陣CCD傳感器的信號(hào)輸出端連接到A/D轉(zhuǎn)換器的信號(hào)輸入端，彩色線陣CCD傳感器的時(shí)鐘信號(hào)輸入端連接到CPLD處理控制電路的時(shí)鐘信號(hào)輸出端，A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)輸出端連接到CPLD處理控制電路的數(shù)據(jù)輸入端，A/D轉(zhuǎn)換器(2)的時(shí)鐘信號(hào)輸入端連接到CPLD處理控制電路的時(shí)鐘信號(hào)輸出端，CPLD處理控制電路的數(shù)據(jù)輸入端連接到外部存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)輸出端，CPLD處理控制電路的信號(hào)輸出端連接到驅(qū)動(dòng)電路的信號(hào)輸入端。
文檔編號(hào)G01C21/34GK1928498SQ200610043038
公開(kāi)日2007年3月14日 申請(qǐng)日期2006年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月21日
發(fā)明者潘崢嶸, 杜寶強(qiáng), 陳若珠, 徐猛, 張寧, 朱翔, 曲培娟 申請(qǐng)人:蘭州理工大學(xué)