水面清洁机器人视觉伺服与预处理关键技术

本篇论文《水面清洁机器人伺服系统及视觉信息预处理》是由吉林大学的一名硕士研究生张朝阳撰写，专业背景为机械电子工程，导师为唐可洪副教授。该研究针对的是自主式水面清洁机器人，这是一种具备智能的环保设备，能够自行发现并清理水面上的漂浮污染物。机器人的核心组件包括障碍探测传感器、船体、CCD视觉系统、平衡调节系统以及动力驱动系统和垃圾收集仓。 论文重点探讨了在非结构空间环境中，由于视觉信息量大且实时性要求高，如何优化视觉系统的性能。为了应对这一挑战，作者采用了多FPGA（现场可编程门阵列）和多单片机进行协作，以增强图像采集和处理能力。在图像预处理部分，特别强调了利用中值滤波器作为预滤波器，以减少噪声并提升边缘检测的效果。针对单向边缘检测的局限性，作者提出采用X和Y方向同时检测的方法，虽然硬件实现相对简单，但软件设计较为复杂，然而效果显著，边缘线清晰。 视觉伺服跟踪系统是另一个关键技术，通过使用三台步进电机控制CCD摄像头的三个独立转动自由度，以抵抗水面波浪、风力等干扰，确保视觉系统的稳定性。中央控制器通过连续监测并计算CCD图像间的角度偏差，通过单片机精确控制步进电机的运动，进行实时的伺服随动平衡。 此外，论文还探讨了一种并行处理系统，基于邻域图像帧存储结构，有效解决了串行数据处理中的性能瓶颈，实现了数据和处理的并行化。这种系统极大地提高了处理速度，使得机器人能够在复杂环境中高效工作。论文的主题词涵盖了自主式智能机器人、非结构环境、中值滤波、边缘检测、伺服随动平衡以及并行处理系统等关键概念，展示了作者在水面清洁机器人技术领域的深入研究和创新思考。