機器人障礙檢測控制板電子設計

機器人障礙檢測系統控制板關系著運動的智能化程度，本案例中的機器人障礙檢測控制方案基于ARM處理器、視覺傳感器設計。

系統總體方案設計

根據系統的功能需求，設計了以嵌入式系統為核心，以ARM處理器為主控制器，以視覺傳感器檢測障礙的機器人障礙檢測系統方案。機器人障礙檢測系統總體方案框圖的整體框如圖

機器人障礙檢測系統整體結構由ARM嵌入式系統、視覺模塊、電源模塊、存儲模塊、調試模塊組成。ARM嵌入式系統作為系統的核心部分，主要負責協調系統各模塊的運行；清潔運行中需要時刻感知環境信息，通過視覺模塊進行視頻圖像采集，將采集的圖像存放在存儲模塊，經過嵌入式系統處理，實現清潔的障礙檢測。電源模塊提供系統各模塊的電源需求。調試模塊通過調試工具實現系統的開發調試。RS232接口作為PC機與嵌入式系統串口通訊接口。

視覺障礙檢測方案設計

由于全景下的障礙檢測算法復雜度高、難度大、硬件設備要求高、開發周期長等因素，本文基于局部區域的視覺傳感器障礙檢測。在局部區域內，一般障礙物與地面有非常明顯的交界線，因此本文通過檢測障礙物與地面交界線的這一顯著特征進行障礙檢測。

視覺障礙檢測整體方案

視覺模塊主要任務是通過單目視覺進行障礙檢測，視覺障礙檢測的整體結構示意圖如圖。

視覺模塊子系統主要包括圖像采集模塊、障礙檢測模塊及障礙定位模塊。

1. 圖像采集模塊。通過視覺傳感器采集環境信息，是清潔障礙檢測的前提工作。

2. 障礙檢測模塊。實現檢測障礙功能，通過圖像處理及理解等方法，檢測環境中是否存在障礙物。

3. 障礙定位模塊。實現障礙物的測距功能，通過攝像機成像模型方法，完成對障礙物的測距定位。

障礙檢測及定位模塊實現方案

在局部區域內，一般障礙物與地面具有明顯的交界線，因此，可以通過檢測交界線進行障礙檢測障礙檢測基本流程圖如圖。

首先對原始圖像進行圖像預處理，其次通過邊緣檢測方法提取障礙與地面的交界線特征，然后判斷是否存在障礙物，如果存在障礙物，最后通過Hough變換標示出障礙物區域。

障礙定位模塊實現方案

障礙定位模塊的功能是實現障礙物的位置測量，本文根據攝像機透視成像模型的方法進行測距，該模型將圖像坐標轉換成世界坐標，實現障礙物的定位功能。

透視模型是最常用的攝像機投影模型，可以用小孔成像模型簡化如圖。

ABCD為攝像機拍攝到的地面上梯形區域，O點為攝像機鏡頭中心點，G點為攝像機光軸和地面的交點，O點為O點在地平面上的垂直投影。a、b、C、d、g分別為A、B、C、D、G在圖像平面的對應點。

軟硬件整體設計

硬件總體設計

根據系統的總體方案，為實現嵌入式系統的功能，提出了滿足系統需求的硬件總體設計方案，其整體框圖如圖。

根據系統功能需求及模塊化結構設計的思想，機器人障礙檢測控制系統硬件模塊設計是：

1. 嵌入式最小系統模塊，包括晶振電路、時鐘電路、Flash、SDRAM電路等。

2. USB接口模塊，該模塊主要是通過USB外接USB攝像頭進行圖像采集與圖片傳輸。

3. RS232接口模塊，該模塊實現宿主機與目標機的串口通訊，進行嵌入式系統開發。

4. 電源模塊，該模塊為系統各芯片及元器件提供所需電源。

軟件總體設計

系統采用Linux嵌入式操作系統作為S3C244O軟件開發平臺，軟件設計主要包括圖像采集程序、圖像處理及障礙定位程序設計，主程序的流程如圖。

1)圖像采集程序設計。基于Video4Linux2API。Linux系統中的視頻子系統Video4Linux為視頻應用程序提供了一套統一的API，視頻應用程序通過標準的系統調用即可操作各種不同的視頻捕獲設備。

2)圖像處理程序設計。根據系統的障礙檢測算法，設計出能夠實現障礙檢測的軟件程序。

3)障礙定位程序設計。根據系統的障礙定位方案，提取出圖像坐標，進而轉換成世界坐標系實現障礙物的定位功能。

PCBA加工產能

制造能力	PCBA服務	設備清單
4條SMT生產線	電路板類型（盲埋孔、阻抗、厚銅、HDI）	Fuji CP8 Series SMT貼片機
2條DIP插件生產線	工藝類別（SMT/DIP）	全自動錫膏印刷機
0201元件貼裝	ICT測試	10溫區回流焊
0.25mm BGA	FCT功能測試	AOI光學檢測儀
SMT 400萬點/日	BIT老化測試	波峰焊（有鉛、無鉛）
DIP 100萬點/日	Box Building成品組裝	ICT測試工作臺

PCBA工藝能力

項目			批量加工	打樣
PCBA加工SMT工藝能力	長*寬	最小尺寸	50*30
		最大尺寸	150*350	最大邊長低于800mm
	厚度	最低厚度	0.8
		最高厚度	5
PCBA加工DIP工藝能力	長*寬	最小尺寸	50*30
		最大尺寸	500*350	最大邊長低于1000mm
	厚度	最低厚度	0.8
		最高厚度	5
PCBA貼片加工元件規格	規格大小	最小規格	0603（0201） 0402（）
		最大尺寸	45*45	68*68
		元件厚度	25.4
	QFP封裝	最小腳距	0.4	0.3
	BGA封裝	最小腳距	0.5	0.3

PCBA交期說明

項目	加工數量
	少于100件	100-1000件	多于1000件
交期	少于3天	少于5天	3天開始交貨
備注	SMT快件最快8小時交付； 合格率保證在99%以上； 交期計算從客戶資料、物料確認完畢后開始計算