基于 FPGA 的绘图机械臂

 

杨雨夏、徐晨铖、王梦柔

东南大学

 

概述

 

随着现代社会信息技术的飞速发展,通过高科技方式解放劳动力极为有意义。本设计旨在解放儿童绘图教育方面的人力资源,设计出可以实时远程展示、临摹与重复绘制图形的机械臂。在此之中,控制机械画笔运动,获取图像,实时检测手势轨迹,图像数据转化,转化数据与硬件交互,提高图像传输速度都十分重要。我们因此决定设计出一个集机器视觉、图传技术、控制技术于一体的具有仿人思维的可以绘制内置图像、简单临摹静态图像与实时跟踪手势轨迹画图的机械臂。

本作品着眼机器视觉,集合图传技术、控制技术于一体的智能化应用设计,以 FPGA(PYNQ)作为核心处理器,控制机械臂绘制内置图像;通过摄像头实时采集静态图像临摹图像;通过摄像头采集视频流实现摄像头对手运动轨迹的识别与跟踪,相应机械臂实时跟踪绘图。该机械臂应用场景广泛,可以随学随开,节约时间,同步教学;具有三种可选择模式,可以随使用者意图轻松切换

 

主要创新点

1.实现了自定义的 pynq 覆盖,加快数据传输速率,并实现了 ARM 核到 FPGA 的有效数据交互传输。

2.实现了图像轮廓的识别,相较于同等轮廓识别的算法,噪点更少,且轮廓更为清晰。

3.实现了手势轨迹跟踪,可以实时获得手指指尖的位置和轨迹信息,实现跟踪绘图。

4. 在 FPGA 部分,我们使用了连通域算法,并进行了优先级的改进,使之更加适合图像的

连续绘制,避免出现逐点打印的情况。并且设置了回归原点的情况,方便下次运行。

 

系统架构

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设计演示

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Source Code Github Link

https://github.com/aciemerzz/robot-arm

2019年3月12日 09:52
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