基于DSP的机器人视觉伺服系统

1由BOOTMODE[4:0]设置芯片的自举方式，加载过程采用主机（HPI）引导方式。外部主机通过主机口初始化CPU的存储空间，主机完成所有的初始化后，将主机口控制寄存器中的DSPINT位设置为1，结束引导过程。CPU退出复位状态，开始执行地址0处的指令。

系统上电后，主机经HPI口对系统初始化，主要完成对各寄存器的设置，包括EMIF、中断、DMA等相关的寄存器初始化操作等。主机向HPI控制寄存器的DSPINT位写1触发DSP运行，系统进入等待状态。CCD摄像机实时采集图像，经图像采集卡处理后存储到主机内存。PC机内存缓冲区一帧存满，向 DSP发中断信号，DSP应答后，通过PCI总线将图像数据从主机内存经HPI口传输到WTC6201PA板片外SDRAM。DSP控制波门范围内图像数据以DMA方式传输到内部数据存储器。由于DSP为指令结构处理芯片，具有可编程性好、可以处理大量复杂指令（由程序RAM地址空间的大小决定）等优点，但相对FPGA而言其处理速度比较慢;而FPGA为可编程逻辑器件，具有很强的细粒度并行处理和多级流水线处理能力，但其内部有限的逻辑资源使之不适合实现复杂逻辑运算。因此我们采用FPGA作为协处理器来完成底层操作，再由DSP完成高层操作，两种操作可以采用流水线的方式并行运行，共同完成高速图像处理。从FPGA到DSP之间的图像数据传输使用双端口RAM。处理完一帧图像后，DSP向主机发信息，主机应答后，将图像处理结果经PCI总线传输至PC 机内存，PC机再将位置偏差数据信号送至伺服控制系统，完成伺服任务。

3 . 图像雅可比矩阵

对于图像反馈机器人视觉伺服系统控制机构，图像雅可比矩阵是很关键的，它描述了机器人空间中的运动与图像特征空间中的运动之间的关系：

式 （2），（4）是图像雅可比矩阵的两种表示形式，是基于图像反馈的视觉跟踪研究的基础。需要指出的是，为了确保得到唯一的图像特征矢量，图像特征空间维数应该大于或等于位姿空间维数（n≧m）。

计算图像雅可比矩阵的方法有在线估计法、经验方法和学习方法。在线估计法通过动态估算得到图像雅可比矩阵;经验法可以通过标定或先验模型知识得到图像雅可比矩阵;学习方法主要可以利用离线示教和神经网络方法得到雅可比矩阵。

结论

本文分析了机器人视觉伺服系统的基本原理，并设计了基于TMS320C6201和可编程逻辑器件FPGA协处理结构的视觉系统，实现了图像采集和图像目标的实时处理。在实验室中我们利用所设计的视觉系统构建了实验平台，通过实验验证了所设计的视觉系统满足机器人视觉伺服系统的实时要求。

本文作者创新点：对于机器人视觉伺服系统,实时性问题一直是一个难以解决的重要问题。本文创新采用TMS320C6201芯片来实现机器人视觉伺服的图像处理，并采用FPGA协处理，提高了图像处理速度，实验验证了所设计系统满足机器人视觉伺服的实时要求,具有广泛的工业应用前景。

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