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本帖最后由 Kevin的小小罗 于 2018-4-29 22:21 编辑
首先介绍一下为什么要做这个东西，首先是觉着uarm很好玩，也很有用，然后联想到自己在做的无线充电项目，感觉可以把两者结合起来。可以想象，当uarm机械臂觉察到自己电量不够时，可以通过装在末端的摄像头，找到接收端并拿起，把它放到发射端上，这样电能就源源不断的供应到uarm的电池里了。当然，现在uarm没有电池，需要连接插座供电，如果给uarm装上电池的话会更加方便，比如把uarm装在移动机器人平台上时。为什么要用无线充电方式呢，它有什么好处呢？对于uarm这样的机械臂来说，无线充电不需要接电源线，可以想象，如果让机械臂去接插座，是一项很艰难的任务而且不安全，这时候无线充电的优势就体现出来了，它利用电磁感应的原理，只需把发射端和接收端（专业术语是原边和副边）位置对好，就可以充电了。如果这种技术能够用在一些特定场合，可以大大提高机器人的续航时间，提高工作效率，比如核辐射区域，人不能进入，机器人可以自己充电，更长时间工作。项目的框架图如图1所示。
如何让机械臂看到接收端（副边）并拿起呢，这是必须要解决的问题，自然而然的想到用opencv来处理摄像头采集的图像（320×240像素），将摄像头（普通USB摄像头~）采集到的RGB图像转换为HSV图像，通过对特定颜色（这里用的是黄色）的识别找到线圈位置，把坐标通过串口0反馈到arduino Mega 2560,经过坐标变换（坐标变换很重要！后面要单独说一下经验教训~）后通过串口2发送坐标至uarm swift Pro,然后机械臂运动，用吸泵拿起线圈。如果要用openCV，嵌入式系统肯定不行，必须要有操作系统才行，这时候树莓派就派上了大用场，只有卡片大小，却五脏俱全，便捷又功能强大，用它处理图像再合适不过了。而arduino Mega 2560也有自己的优势，它有多个串口，让三者之间的通信变得非常方便~
要实现Arduino Mega2560与uarm swift Pro之间的通信，需要更改固件。参考【uArm示例项目】——基于uArm 的视觉分拣方案：https://www.arduino.cn/thread-75427-1-1.html 更改固件。
整个openCV图像处理的流程如 图2 所示：
前面介绍用到了坐标变换，专业一点也就是标定。当然，这里用到的标定很简单（在这里走了很多弯路，一直在考虑摄像头与吸泵距离等问题，实际上不需要考虑，浪费了很多时间），因为将摄像头装在了机械臂末端，并且与桌面保持平行，所以只涉及图像坐标系和uarm运动坐标系（XY平面）之间的转换，是二维平面内的标定，与三维空间的标定相比简单了很多，缺点是摄像头拍到的范围比较有限。当然也可以把摄像头单独固定在桌面上，这样的好处是摄像头看到的范围更大；或者采用双目的方式，这样能够获得三维坐标信息，应用起来更加方便，当然标定起来会复杂一些。用到的标定纸如 图3 所示，每个正方形方格的大小均为1mm×1mm。给uarm发送，uarm运动至，移动标定纸，使图像坐标（0，0）与标定纸上一个角点基本重合，通过测量可以获得像素和距离之间的比例关系，也可以获得图像坐标系与uarm运动坐标系（XY平面）之间的关系，如 图4 所示。
再介绍一下无线充电的工作原理，专业术语是无线电能传输（Wireless Power Tansfer，简称WPT），是伟大的科学家和发明家尼古拉斯·特斯拉在1900年左右提出来的，在2007年，麻省理工的研究团队成功实现了两米外对60W灯泡的供电，从此无线充电进入了快速发展的阶段。我了解的无线充电装置有三种原理，第一种，电磁感应式，利用的就是电磁感应的原理，距离比较短，适用于小功率无线充电，如对手机充电；第二种，谐振式，利用原边和副边LC谐振频率相同来传输电能，应用于大功率无线充电，如对电动汽车充电；第三种技术是利用激光进行较远距离的无线充电，如对飞行中的无人机充电，现在用的还很少。这个项目中采用的是电磁感应式。
设计无线充电模块，功率为50W，接收距离可以达到50mm。发射端输入电压48VDC。接收部分输出电压：12.6V；最大电流5A，额定电流4A。
发射端线圈尺寸：60*40mm，线圈直径：200mm
接收端线圈尺寸：50*35mm，线圈直径：90mm
最后利用solidworks设计了摄像头与机械臂末端连接的固定件以及无线充电发射端底座，3D打印出来就可以用了，如图5、图6所示。
图7是接收端实物图，电能通过线圈接受到之后充进电池里（加一个二极管，保证线圈的电流流进电池，不要流出来），显示模块显示电池电压和电流，12.0V为电池当前电压，电流在充电时会动态改变。在实际测试中发现，线圈的电磁干扰对机械臂影响很大，可能与机械臂金属材质有关，导致机械臂不能按指令动作，跳步现象经常出现。
演示视频：http://new-play.tudou.com/v/893412171.html?spm=a2hzp.8244740.0.0
代码、标定纸在附件中~~
file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/enhtmlclip/Image(6).png
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发表于 2018-4-29 21:39
发表于 2018-5-14 18:03
