2016年跨学科系统集成设计挑战-张泽龙、杨思成

来自iCenter Wiki
跳转至： 导航、 搜索

团队介绍

杨思成 男 清华大学机械系 硕士研究生

张泽龙 男 深圳市佳顺智能机器人股份有限公司 工程师

张贶恩 男 清华大学精密仪器系 本科生（大四）

逻辑模型

400px

项目介绍

二维自动跟踪及摄像云台改进

用户需求

设计一款装置，要求该装置可以追踪大范围移动物体以及实时获取该物体的图像数据，且结构紧凑，可以方便地安装到不同设备上。

功能需求

通过对用户需求的分析，初步确定该装置需要具有以下功能：

1、图像采集。3m范围内可采集到清晰图像，且能够将图像数据实时传输到电脑、手机等终端设备上；

2、位置追踪。3m范围内，可自动追踪特定颜色的目标物体，保证物体始终处于摄像头视野中心附近；

3、多自由度姿态调整。为实现位置追踪，摄像头必须搭载在一个具有多自由姿态调整功能的平台上，目前拟采用2自由度云台。

设计参数

根据用户需求与功能需求，初步确定该装置的技术方案为一个带有摄像功能二自由度的云台，具体设计参数如下（暂定）：

1、视频录制：720P, 24-30帧/秒

2、单轴自由度：±90度

3、有效跟踪范围：3m

4、供电电压：5V

工作流程

1.对现有方案进行分析，确定设计目标；

2.根据设计目标进行需求分析，确定云台的性能指标要求；

3.调研相关功能模块，并根据性能指标要求完成元器件选型及采购工作；

4.对采购到的各功能模块的性能进行测试，确保均能满足设计要求；

5.设计云台机械结构和软硬件；

6.完成云台零部件的加工，并进行组装调试；

7.整机测试；

8.整理技术文档，结题。

制作过程

前期调研及制作方案确定

1.本项目主要为在原有装置基础之上的一次改进，主要改进目地为：结构紧凑，可以方便地安装到不同设备上、改进原图像数据传输形式、增加声音采集功能。

2.根据制作目地作出前期调研：原有云台结构上已经足够小，在现有资源下没有发现更适合云台；图像识别技术在小组成员中没有人善长同时考虑到时间的因素决定沿用原图像识别模块；图像采集及传输模组可以更换为更灵活地（可以一台电脑与多个图像采集模组同时连接的方式）方案。

3.考虑到制作目地、现有技术、器材资源以及时间关系，小组成员讨论最终方案初步定为：原有控制方案（Microduino）保留、原有云台及图像识别传感器模块保留、改进云台固定方式、选购网络摄像机模组替换原图像采集及传输模组、优化网络摄像机模组与云台安装结构。

4.根据调研结果，得到如下图所示二维云台预算表：

400px

5.实际采购清单如下表：

文件:实际采购清单.png

6.由于USB线有故障，故重新购买了5根USB线，为了避免舵机出现故障，因此购买了5个相同型号的舵机以供备用，为了实现激光点的功能，买了2套激光芯片，用于安装在单片机上。增补的预算与采购的清单如下：

文件:增补预算表.jpg

文件:增补采购清单.jpg

相关元件采购

1.由于云台及图像识别模块保留，小组决定先对其进行测试，测试完成后再进行采购补充。

2.网络摄像机模组选型完成并已采购，相关资料见参考文献－微型无线WIFI监控摄像头。

3.原采购网络摄像机体积太小，现重新选购，见参考文献－AI-BALL无线摄像头微型wifi监控 超小高清网络摄像机家用手机远程

各模块单元测试

图像识别模块

文件:图像识别.png

使用方法主要要自网络资料，可参考下面参考资料PIXY的相关资料。

机械设计

现有功能模块主要包括追踪摄像头模块、网络摄像头模块、2个7g舵机以及舵机驱动板。由于现有模块的结构尺寸均已确定，因此二维云台的设计应以现有模块为基础。从而可得到二维云台的机械结构设计流程如下：

1、设计准备：精确测量现有功能模块的尺寸参数，并根据测量得到的数据建立现有模块的三维虚拟模型；

追踪摄像头模块三维模型： 400px

微型舵机三维模型： 400px

网络摄像头模型： 400px

2、设计计划：根据设计目标进行需求分析，确定云台的性能参数要求；

3、方案设计：分析云台预期功能，进行原理设计，并对原理方案进行评价优化，选定一种最优方案；

4、实物样机设计：根据选定的原理方案，明确云台构型要求，进行总体结构与零部件的详细设计；

A-云台底盘设计：2016年跨学科系统集成设计挑战-张泽龙、杨思成、张贶恩-云台底盘设计

B-云台摄像头支架设计：2016年跨学科系统集成设计挑战-张泽龙、杨思成、张贶恩-云台摄像头支架设计


5、文件编制：总结云台设计过程，形成技术文档。

云台组装

2016年跨学科系统集成设计挑战-张泽龙、杨思成、张贶恩-云台组装

摄像头调试

2016年跨学科系统集成设计挑战-张泽龙、杨思成、张贶恩-摄像头调试


参考文献

  1. NetAtmo Home Security Camera System
  2. Pixy CMUcam5 Sensor高清摄像头 图像识别传感器模块: https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z10.5-c.w4002-2470062326.11.Jzjtuv&id=43341671678
  3. Pixy CMUcam5 Sensor Pan/Tilt for Pixy 视觉传感器 固定架：https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z10.3-c.w4002-2470098208.13.uuMnPv&id=43545892964
  4. PIXY使用资料：http://www.makerlab.me/guides/6
  5. Microduio与Pixy摄像头SPI通讯追踪颜色：http://www.microduino.cn/wiki/index.php/Microduio%E4%B8%8EPixy%E6%91%84%E5%83%8F%E5%A4%B4SPI%E9%80%9A%E8%AE%AF%E8%BF%BD%E8%B8%AA%E9%A2%9C%E8%89%B2/zh
  6. 微型舵机 9g舵机 22X12X29mm 1.5kg.cm(6V)：https://item.taobao.com/item.htm?spm=a230r.1.14.16.ryl5RA&id=523081798538&ns=1&abbucket=17#detail
  7. 微型舵机 3.7g舵机 20X8.2X17.3mm 0.85kg.cm(6V)：https://detail.tmall.com/item.htm?spm=a230r.1.14.6.FDToRD&id=40112186633&cm_id=140105335569ed55e27b&abbucket=17&skuId=57611877495
  8. 微型舵机 2.5g舵机：https://detail.tmall.com/item.htm?spm=a230r.1.14.6.FDToRD&id=40112186633&cm_id=140105335569ed55e27b&abbucket=17&skuId=57611877495
  9. 微型舵机 1.7g舵机：https://item.taobao.com/item.htm?spm=a230r.1.14.29.BBffki&id=521157707941&ns=1&abbucket=17#detail
  10. 微型直线舵机 1.5g舵机：https://item.taobao.com/item.htm?spm=a230r.1.14.24.z8y5yK&id=20059601867&ns=1&abbucket=17#detail
  11. 微型无线WIFI监控摄像头：https://detail.tmall.com/item.htm?id=43035065289&spm=2014.21600712.0.0&skuId=88967607853。
  12. AI-BALL无线摄像头微型wifi监控 超小高清网络摄像机家用手机远程：https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z0d.6639537.1997196601.64.ZWG7RC&id=522794018084
  13. Microduino学习网址：https://www.microduino.cn/wiki/index.php/Main_Page/zh
取自“http://wiki.icenter.tsinghua.edu.cn/icenterwiki/index.php?title=2016年跨学科系统集成设计挑战-张泽龙、杨思成&oldid=27542”