基于树莓派远程控制+视觉控制的机械臂

day_day

感谢E络盟提供的助赛基金。

（一）方案
本意是制作一个基于视觉、智能语音为一体的智能机械臂，但由于项目立得太大，其中各种意想不到的问题频发，目前阶段只完成了部分视觉任务。

（二）简介
1、空间变换原理：

通过三角变化可以得到根部角度（舵机通过角度控制机械臂）与夹头部位的x、y坐标转化：

1. double fai_t = asin(y0 / (sqrt(x0*x0 + y0*y0))) * 180 / 3.14159;
   
2.                 double cita_t = acos(sqrt(x0*x0 + y0*y0) / 40) * 180 / 3.14159;
   
3.                 double alpha_t = cita_t + fai_t;
   
4.                 double beta_t = cita_t - fai_t;

复制代码

2、pca9685的舵机控制
pca9685通过iic与树莓派进行通讯，调整16路pwm的频率与占空比；
树莓派可以通过集成的wiringpi库方便地进行通讯。

3、物体自动识别
物体识别功能通过opencv函数库实现。原本的目标是基于surf特征点+轮廓识别叠加后获取目标图像位置，后来发现这个算法在树莓派上只能运行两帧，随后就会崩溃，于是改采用hsv分割二值图像的方法，虽然识别的物体变得简单而严格，但识别的准确率大大上升，速度也经得起树莓派的考验。
算法实现：通过hsv分割二值图像，根据h的值判断视野中的粉红色（由于opencv的h取值范围在0-180之间，因此在0-360空间中为340的粉红色，转化过了就是170左右）。然后通过

1. findContours

复制代码

寻找轮廓，找到最大连通域，获取连通域的坐标信息，获取中心点x左边，对比根据实验得到中心定位值（由于我的机械臂结构设计不尽合理，导致摄像头被迫偏心安装；加上图像是640*480，可以得到对应的中心区域x值为425）。

4、远程控制
通过tcp socket，使树莓派上的qt控制程序与安卓客户端通讯。

（三）成果展示
1、图片

2、视频(需在优酷登陆后，刷新查看)



（四）小结
这次针对树莓派的机械臂开发不甚如意，首先是机械结构设计加工耗时远远超出预期，以至于其后的开发没能留下足够时间，加工精度、设计合理性也不甚如意，运动精度不能保证，很多控制都是基于理论上精确。
本意借助百度ai平台实现语音识别与更准确的物体定位，但由于种种原因，虽然开发出雏形，但没能整合到控制程序中。
由于耗费太多时间在开发设计上，导致最后编写本提交贴也不尽完善。

（五）附件
安卓app：链接：https://pan.baidu.com/s/1o90gPnk 密码：9n26

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补充内容：
（六）关于控制界面介绍

1、左边显示过程中各个数据量
2、右边上面四个按钮分别是控制x、y等量变换的按钮，也可以通过键盘w、a、s、d按键等效实现，支持长按；
3、键盘q、e控制机械臂围绕回转轴旋转（机械臂的空间标准是柱坐标）
4、键盘r键实现夹持
5、界面最下方的pink_check按键实现对固定的粉色物体自动寻找对中

安卓app界面设计类似