擇要
本團隊計劃了一種基于RobeiEDA對象的自動化倉儲貨色分揀機器人。應用FPGA停止HSV色采空間變更實現對多貨色的形心定位與追蹤，共同多自由度順運動學分化算法節制機器臂，大幅提高分揀服從。同時應用多傳感器融會算法，使分揀機器人可以實現貨色條形碼辨認；人體與事情異常檢測；負反饋補光等功用。應用克己的上位機系統可供工作人員及時近程監控機器人事情環境。顛末體系架構設計與整體調試，機器人可以知足預期需要，且體系可重構性和算法可移植性強，經由過程改良可順應分歧的應用環境與需要。
作品實拍
1名目架構
本名目計劃的機器人次要由兩個部門構成，離別是圖像處理部門與運動節制部門，因為圖象與順運動學分化均須要耗損較多的邏輯資源，同時為了模擬實際的事情情況，當體系呈現問題時可以便于排查辦理，是以兩部門離別用一塊零丁的FPGA停止節制。圖象與節制部門之間經由過程藍牙停止無線數據傳輸，當圖像處理實現后，將數據傳送給節制部門，傳輸數據幀包括貨色顏色、坐標信息，節制部門經由過程解析數據幀，去實現對機器臂的節制，實現貨色的分揀事情。同時體系也包括了較多的傳感器，應用克己的上位機可供工作人員及時監控機器人事情環境，整體架構設計以下圖所示。
圖像處理部門和運動節制部門正在RobeiEDA中的頂層架構以下圖所示。
2算法先容
2.1RGB轉HSV算法
平常來講，紀錄及顯現彩色圖像時，RGB是最罕見的一種計劃。可是RGB色采空間注重顏色的分解而將顏色的屬性相混淆，正在圖像處理中，若是沒有平均轉變RGB，會轉變亮度跟飽和度，由此帶來的RGB比例轉變以至會轉變色調，也就是受情況光強影響較大，簡單因為圖像處理部門犯錯以招致全部體系解體。而HSV(HueSaturationValue)是一種比力直觀的顏色模子，它將顏色的亮度、色調跟飽和度屬性離散，是以采取HSV顏色空間去實現顏色的檢測后果會更好。
實現轉換操縱最緊張的是除法運算，本實例挪用了一個低耽誤的移位減法除法器去實現高速除法，失掉h、s的值。最初要留神保障hsv三個份量的耽誤皆同等。用Verilog實現RGB轉HSV的流程以下圖所示。
依據HSV空間基于區域特點也可以實現對多運動方針中間的不變定位與追蹤，沒有須要挪用RAM的IP核停止邊緣處置懲罰等操縱，節約資源。
2.2順運動學分化算法
正在失掉了貨色坐標后，下一步就是若何節制機器臂對響應坐標的貨色停止抓取了。由終極計算結果可知，實現開平方函數、歸正切函數、歸正弦函數跟反余弦函數再聯合除法器模塊便可實現機器臂依據色塊形心坐標抓取色塊。以是前面次要對那兩個函數模塊停止先容。
2.2.1反三角函數——基于CORDIC算法的迭代位移算法
CORDIC算法的多少原理為正在XOY坐標系中點P1繞原點扭轉θ后失掉面P2。
正在XOY坐標系中點P1(x1y1)繞原點扭轉后失掉面P2(x2y2)，則P1跟P2兩點的坐標關聯為：
應用該算法停止迭代時，終極的迭代公式為：
設置迭代次數為16，人為設置x0=Πcosθi，y0=0，然后依據角度θ便可失掉cosθ=x16，sinθ=y16，arctanθ=z16。此時已實現歸正切函數，再逐次迫近便可失掉歸正弦、反余弦函數。顛末16級迭代，成果已與真實值十分瀕臨。由此曾經可以失掉歸正切值，為了實現輸入正弦值輸出對應歸正弦值，正在0到90°的規模內由低到下遍歷角度計較其正弦值，當其正弦值增大至大于即是輸入正弦值時，與此時的角度為歸正弦值。同理可以實現輸入余弦值輸出對應反余弦值。試驗測試成果以下：
2.2.2開平方函數——逐次迫近算法
起首數據輸入data[7:0]，接著設置試驗值D_z[3:0]跟肯定值D_q[3:0]，然后依照從高往低的次序，依次將每一地位1，再將試驗值平方后與輸入數據比力，若試驗值的平方大于輸入值，則此位為0，反之此位為1，以此迭代到最初一名。這是一種比力罕見的算法，簡略好用。
3總結與感悟
經由過程第五屆天下大學生集成電路翻新創業大賽Robei杯，咱們團隊每一個人皆學到了十分多。正在名目早期，咱們對Robei杯停止了調研，相識到RobeiEDA對象是一種全新的面向對象的可視化芯片計劃軟件，可以撐持基于Verilog語言的集成電路前端計劃與仿真。正在之前咱們利用的FPGA開發軟件大多皆是Quartus跟Vivado，國產EDA軟件少之又少，并且素來不打仗過國產相關的EDA軟件。RobeiEDA軟件令咱們眼前一亮，十分直觀的UI界面很吸引咱們。正在FPGA這類十分注重條理架構設計的范疇，直觀的模塊計劃、連線對開辟的資助十分年夜，其次是正在現今數字IC計劃EDA軟件被外洋把持的環境下，國產RobeiEDA軟件的呈現，為中國數字IC計劃奉獻出了十分年夜的一份力，咱們十分的敬仰，是以毅然決定取舍Robei杯。
分揀機器人缺點名目停止的進程中遇到過很多問題，正在名目早期的時侯FIFO模塊一直沒法畸形運轉，最初咱們經由過程利用Robei中的仿真功用，對讀寫時序一點點天停止檢查，一點點天辦理時序毛病的問題，最初終于實現應用FIFO對SDRAM停止讀寫的功用。在此之后咱們也深刻意識到Robei杯賽是十分注重底層和談開辟的。
中后期階段，為了進一步優化體系，進步作品的程度，咱們來研討了機器臂的順運動學，愿望可以做到能讓機器臂對隨意率性地位的貨色停止抓取。開辟進程十分的艱苦，由于傳統的順運動學剖析須要停止大批的浮點運算，多利用嵌入式設備停止，根本很難查到利用FPGA停止順運動學分化節制機器臂的材料，以是咱們經由過程剖析傳統順運動學剖析的C語言代碼，一步一步應用Verilog語言停止編寫，并應用RobeiEDA的仿真功用對每一步轉換出的數據停止剖析，本人編寫并挪用了良多三角運算與除法運算模塊，最初終于實現順運動學分化算法，使機器臂可以抓取規模內隨意率性坐標的貨色。
最初非常感謝小組的每一個成員，為了實現此次角逐各人皆花了十分多的工夫與血汗，當看到全部體系能依照預期運行，咱們真的皆十分快慰。這是一次難忘的閱歷，謝謝Robei，謝謝指導老師，也謝謝每一個為之支付過盡力的成員們，受益頗多！
寫給想要列入下一年Robei杯的同窗
Robei杯與其他的杯賽有個很大的區別，信任當真審過標題的同窗便會曉得，他沒有容許利用任何的軟硬核，相當于您的一切事情，皆是必需要正在RobeiEDA上用雜Verliog自力編寫實現。這個劃定規矩說好也好，道欠好也欠好，看您若何來明白了。
快遞分揀機器人成品禁用這些軟硬核，最本色的感觸感染是，開辟變貧苦了，可是也十分磨煉您的底層開辟才能...波及圖像處理的話，免不了要對DDR或許SDRAM停止讀寫，FIFO的IP核不克不及挪用怎么辦？RAM的IP核不克不及挪用怎么辦？PS端繞沒有過來怎么辦？只能本人念門徑，或許本人來寫。可是從另一個角度念，這類劃定規矩實在會限制一個角逐的下限，也就是能實現的功用是有天花板的，只有您能無限瀕臨這個天花板，而且計劃的機器人功用、前景充足新奇，您的結果便必然不會好。加油！審核
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