[發(fā)明專利]一種基于多核處理器的視覺伺服控制系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710528334.X
• 申請日: 2017-07-01
• 公開（公告）號: CN107272578A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 龔時華;黃禹;王子悅;李德龍;張燦然;曾卓
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: G05B19/402
• 分類號: G05B19/402
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心42201
• 代理人: 曹葆青,李智

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于自動控制相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于多核處理器的視覺伺服控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

視覺伺服控制是基于視覺信息的反饋控制，與傳統(tǒng)控制技術(shù)相比，具有更高的精度、靈活性和魯棒性，但是由于視覺伺服技術(shù)涉及到圖像處理、機(jī)器視覺、控制理論、運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)等眾多技術(shù)領(lǐng)域，目前在視覺伺服的研究中仍然有很多問題沒有得到很好地解決，其中，圖像處理方法和實際計算處理速度是視覺伺服的難點(diǎn)；在圖像處理完成后，圖像特征與運(yùn)動控制之間的模型建立是視覺伺服的另一個難點(diǎn)；目前的很多控制系統(tǒng)都不能保證系統(tǒng)在工作時是大范圍穩(wěn)定的，所以有必要對控制方法進(jìn)行進(jìn)一步的研究。圖像處理和運(yùn)動控制方面存在的問題對系統(tǒng)整體的性能會產(chǎn)生很大影響，視覺伺服系統(tǒng)存在的問題可以概括為以下幾種：

(1)系統(tǒng)的實時性問題，對于視覺伺服控制系統(tǒng)，實時性問題是一個難以解決的重要問題，由于視覺伺服周期一般是運(yùn)動控制伺服周期的幾十倍甚至上百倍，兩者周期的不同步是造成系統(tǒng)實時性差的主要原因，且系統(tǒng)的延時也會對實時性產(chǎn)生影響，系統(tǒng)的延時主要存在兩個方面：系統(tǒng)運(yùn)動控制及圖像處理。系統(tǒng)運(yùn)動控制方面主要是控制算法的延時、信號采樣的延時等，圖像處理方面主要是數(shù)據(jù)的處理速度延時等，而圖像處理速度是影響視覺伺服系統(tǒng)實時性的主要因素之一。此外，圖像采集的延遲、運(yùn)控控制指令生成的延遲等同樣影響系統(tǒng)的實時性。

(2)系統(tǒng)的精確性問題。視覺伺服控制系統(tǒng)將視覺信息納入運(yùn)動伺服回路構(gòu)成閉環(huán)，因此系統(tǒng)的精確性取決于運(yùn)動控制算法的精確性以及圖像處理算法的精確性。

(3)系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題。穩(wěn)定性是全局視覺伺服系統(tǒng)的閉環(huán)動態(tài)穩(wěn)定性，即視覺與運(yùn)動控制的協(xié)調(diào)問題，影響因素主要有兩個方面：運(yùn)動控制算法和圖像處理算法。良好的優(yōu)化算法會讓視覺伺服系統(tǒng)的任務(wù)實現(xiàn)得更加準(zhǔn)確，收斂性更快，對目標(biāo)的狀態(tài)魯棒性更好。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種基于多核處理器的視覺伺服控制系統(tǒng)，其基于現(xiàn)有視覺伺服控制系統(tǒng)的工作特點(diǎn)，研究和設(shè)計了一種基于多核處理器的視覺伺服控制系統(tǒng)。本發(fā)明提供的基于多核處理器的視覺伺服控制系統(tǒng)采用多核處理器的第一多核處理器內(nèi)核及第二多核處理器內(nèi)核來分別對視覺反饋系統(tǒng)及運(yùn)行執(zhí)行系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，且所述第一多核處理器內(nèi)核與所述第二多核處理器內(nèi)核之間采用超傳輸技術(shù)進(jìn)行通訊，使得機(jī)器視覺與運(yùn)動控制運(yùn)行在同一個時序內(nèi)，有效減小了視覺伺服周期與運(yùn)動伺服周期之間的差距，從而有效提高了系統(tǒng)的實時性，滿足了運(yùn)動定位的實時性、精確性及穩(wěn)定性要求。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于多核處理器的視覺伺服控制系統(tǒng)，其包括運(yùn)動執(zhí)行系統(tǒng)及連接于所述運(yùn)動執(zhí)行系統(tǒng)的視覺反饋系統(tǒng)，其特征在于：

所述視覺伺服控制系統(tǒng)還包括多核處理器，所述多核處理器分別連接所述運(yùn)動執(zhí)行系統(tǒng)及所述視覺反饋系統(tǒng)；所述多核處理器包括連接于所述視覺反饋系統(tǒng)的第一多核處理器內(nèi)核及連接于所述運(yùn)動執(zhí)行系統(tǒng)的第二多核處理器內(nèi)核，所述第一多核處理器內(nèi)核通過共享內(nèi)存模塊連接于所述第二多核處理器內(nèi)核；

所述視覺反饋系統(tǒng)用于獲取所述運(yùn)動執(zhí)行系統(tǒng)中的目標(biāo)的圖像，并將獲取的圖像信息傳輸?shù)剿龅谝欢嗪颂幚砥鲀?nèi)核；所述第一多核處理器內(nèi)核用于將接收到的圖像信息進(jìn)行預(yù)處理、特征識別及位置信息反饋，并將處理結(jié)果傳輸?shù)剿龉蚕韮?nèi)存模塊，所述共享內(nèi)存模塊用于實現(xiàn)所述第一多核處理器內(nèi)核與所述第二多核處理器內(nèi)核之間的通訊交互；所述第二多核處理器內(nèi)核用于對接收到的信息進(jìn)行處理，并相應(yīng)地發(fā)出控制信號到所述運(yùn)動執(zhí)行系統(tǒng)，所述運(yùn)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)用于根據(jù)所述控制信號進(jìn)行實時補(bǔ)償，以實現(xiàn)定位。

進(jìn)一步地，所述運(yùn)動執(zhí)行系統(tǒng)包括驅(qū)動機(jī)構(gòu)及連接于所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動平臺，所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)用于接收所述控制信號，并根據(jù)所述控制信號來驅(qū)動所述運(yùn)動平臺進(jìn)行直線運(yùn)動或者旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。

進(jìn)一步地，所述視覺反饋系統(tǒng)包括數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、圖像采集模塊及圖像處理模塊，所述圖像采集模塊連接所述數(shù)字?jǐn)z像機(jī)及所述圖像處理模塊。

進(jìn)一步地，所述圖像處理模塊連接于所述第一多核處理器內(nèi)核，其用于對接收到的圖像信息進(jìn)行去除噪聲、增強(qiáng)、復(fù)原、分割及提取特征后傳輸給所述第一多核處理器內(nèi)核。

進(jìn)一步地，所述第一多核處理器的圖像特征位置反饋時間達(dá)2～3ms。