網(wǎng)球撿球機器人系統(tǒng)設(shè)計開題報告

開題報告

學(xué)號

學(xué)生姓名

學(xué)院

專業(yè)年級

指導(dǎo)教師

職稱

設(shè)計（論文）題目

網(wǎng)球撿球機器人系統(tǒng)設(shè)計

本課題國內(nèi)外研究動態(tài)及意義：

本課題的國內(nèi)研究現(xiàn)狀

對于撿球機器人網(wǎng)球識別及追蹤系統(tǒng)的核心——識別和運動追蹤系統(tǒng)，國內(nèi)許多專家針對運動方案提出了不同的研究及相關(guān)文獻。余金鵬的研究是基于多DSP的智能機器人運動控制系統(tǒng)，主要觀點是使智能機器人更小更快。孫長安的研究是關(guān)于應(yīng)用簡單的連桿組合來建立人形雙足步行機的結(jié)構(gòu)模型，并探索分析其動態(tài)步行穩(wěn)定性。王敏，Kimpersike，黃新漢的研究是一種基于傳感器和模糊規(guī)則的智能機器人運動規(guī)劃方法，該研究的主要原理是采用基于諧波函數(shù)分析的人工勢場原理，其中模糊規(guī)則用于減少勢能函數(shù)的計算，同時給機器人伺服系統(tǒng)提供指令，以便它能自動找到目標(biāo)的路徑，這種方法在運動系統(tǒng)中具有簡單快速的特點。王蒙安、孟慶新的研究對象是八足步行機器人，基于“動態(tài)補償”分布式聯(lián)合伺服控制系統(tǒng)設(shè)計，雙足控制單腳結(jié)構(gòu)，多關(guān)節(jié)驅(qū)動的實驗控制實驗系統(tǒng)被實現(xiàn)了，其可行性和性能的控制器通過實驗得到驗證。

對于撿球機器人網(wǎng)球識別及追蹤系統(tǒng)的另一重要模塊——搬運系統(tǒng)，國內(nèi)許多專家同樣針對搬運方案提出了不同的研究及相關(guān)文獻。FPGA作為控制機器人控制系統(tǒng)檢測和控制的核心，控制機器人的行走和機器人的操作。控制系統(tǒng)使用有限狀態(tài)機描述和硬件描述語言來設(shè)計機器人控制器。具有自動整流，線路準(zhǔn)確，集成度高，可靠性高的特點。

本課題的國外研究現(xiàn)狀

國外各國經(jīng)濟結(jié)構(gòu)不斷發(fā)生著變化，各行各業(yè)的銷售重心同時也發(fā)生著巨大的轉(zhuǎn)變，國外機器人技術(shù)的研發(fā)企業(yè)也不例外。早期機器人技術(shù)的研發(fā)方向上，是以工業(yè)機器人為主，利用其提高工業(yè)生產(chǎn)的效率，為企業(yè)獲得更大的收益。而現(xiàn)代的機器人研發(fā)重心則轉(zhuǎn)移到了服務(wù)機器人上，因為這類機器人的價格相對較低，所以會被更多的人群購買。另一方面，現(xiàn)代人消費觀念的轉(zhuǎn)變帶來了這一轉(zhuǎn)變，隨著他們對于居家生活質(zhì)量的要求越來越高，對于服務(wù)型機器人的需求量也就越來越大。

本課題的研究意義

網(wǎng)球是一項優(yōu)美而激烈的體育運動，網(wǎng)球運動的由來和發(fā)展可以用四句話來概括：孕育在法國，誕生在英國，開始普及和形成高潮在美國，現(xiàn)在盛行全世界，被稱為世界第二大球類運動。隨著網(wǎng)球運動的廣泛開展和比賽活動的日益頻繁，網(wǎng)球的運用也越來越頻繁，在比賽或者練習(xí)過程中，雙方如果不能很好的接住對方的球，則會浪費較多時間和體力去撿拾網(wǎng)球。因此，這里覺得開發(fā)一種網(wǎng)球撿球機很有必要，以幫助減少時間及提高撿球效率。

近年來，智能移動機器人的研究越來越受到重視。智能移動機器人具有學(xué)習(xí)，推理和決策的能力。在機器人研究領(lǐng)域，智能和小型化是機器人發(fā)展的未來方向。具有避障功能和自動處理功能的智能運輸機器人是機器人研究領(lǐng)域的研究熱點，無論是在民用還是軍事領(lǐng)域都具有廣闊的應(yīng)用前景。網(wǎng)球撿球機器人網(wǎng)球識別及追蹤系統(tǒng)是全面的高科技涉，它及計算機，自動控制，人工智能和機械等廣泛的眾多領(lǐng)域。

畢業(yè)設(shè)計(論文)研究內(nèi)容、擬解決的主要問題：

研究內(nèi)容

課題研究主要在已有手推式撿球機的基礎(chǔ)上，網(wǎng)球撿球機器人網(wǎng)球識別及追蹤系統(tǒng)，利用嵌入式系統(tǒng)實現(xiàn),通過實驗進行分析。運動控制系統(tǒng)無疑是整個機器人的中心系統(tǒng)。沒有運動系統(tǒng)，機器人不能做各種動作，然后就不可能完成任務(wù)。因此，運動控制系統(tǒng)是機器人的核心。本課題側(cè)重基于其傳感器系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)硬件以及智能機器人的運輸和移動功能的小型智能移動機器人的設(shè)計和分析。智能機器人的驅(qū)動系統(tǒng)和動力傳輸裝置的設(shè)計，通過這展示并實現(xiàn)了機器人的運動控制技術(shù)。之后在此基礎(chǔ)上，用過實驗證明了機器人的各種功能。最后，機器人要能夠識別網(wǎng)球的顏色，因此還要選擇顏色色傳感器。綜上，實現(xiàn)對比賽環(huán)境中網(wǎng)球場地中網(wǎng)球，即目標(biāo)的檢測和識別等功能。主要研究內(nèi)容如下：

（1）理解撿球機的工作原理、網(wǎng)球識別及追蹤的原理、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計原理；

（2）設(shè)計網(wǎng)球識別及追蹤系統(tǒng)，完成系統(tǒng)硬件制作，使用嵌入式完成識別及追蹤的控制系統(tǒng)；

分析了網(wǎng)球機器人比賽系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，總結(jié)出視覺識別模塊的主要功能和模塊任務(wù)需求，完成視覺識別系統(tǒng)的功能分析。

設(shè)計了足球機器人視覺識別系統(tǒng)，實現(xiàn)對比賽場地中的場地線、球、由球柱腳和場線交叉點構(gòu)成的場地特征點，等場地目標(biāo)的檢測與識別功能。

設(shè)計了實現(xiàn)系統(tǒng)多需要的各種硬件和軟件環(huán)境，并提出了問題的解決思路和實現(xiàn)系統(tǒng)的算法構(gòu)思。

最后搜集了大量訓(xùn)練樣本完成分類器的訓(xùn)練，并針對分類器的誤檢問題，提出了用模板Ｈ分量顏色直方圖二次匹配的方法，提高檢測率。

主要技術(shù)問題

移動性／機械機構(gòu)。移動性是網(wǎng)球撿球機器人完成撿球工作的決定因素。機器人移動平臺應(yīng)該能夠在各種運動場地環(huán)境中靈活地穿梭于狹小的空間之中，同時還能夠翻越障礙，爬樓梯，穿越泥濘的道路等，而且機器人的移動不應(yīng)該對周圍某些不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，以免發(fā)生二次坍塌或爆炸等。此外，機器人還應(yīng)該具備適應(yīng)惡劣環(huán)境的能力，具有防水、耐高溫等能力。

傳感檢測裝置。網(wǎng)球撿球機器人主要是通過傳感器實現(xiàn)自身的導(dǎo)航、環(huán)境信息的獲取以及網(wǎng)球的搜尋。由于各種運動場地環(huán)境的復(fù)雜性及不確定性，人工控制方式來實現(xiàn)機器人的導(dǎo)航這一方法得到充分廣泛的應(yīng)用。

畢業(yè)設(shè)計(論文)研究方法、步驟及措施：

課題的研究步驟：通過利用視覺信息對目標(biāo)識別，=識別之后進行定位，控制機器人進行網(wǎng)球撿拾的運動，達到一定的網(wǎng)球追蹤，最后通過定位信息，控制機器人機械手準(zhǔn)確的抓取物體。

該課題采用下面的研究思路：第一，進行網(wǎng)球撿球機器人攝像頭的標(biāo)定工作，通過標(biāo)定算法獲得攝像機的內(nèi)外參數(shù)，獲取的內(nèi)參數(shù)和崎變參數(shù)被用來來矯正移動機器人移動過程中拍攝的圖像，同時經(jīng)過圖像處理和視覺測距得到目標(biāo)物體的位置信息，最后計算出世界坐標(biāo)系與化器人坐標(biāo)系的相對關(guān)系，結(jié)合目標(biāo)物體的定位信息來控制網(wǎng)球撿球機器人的運動，完成目標(biāo)物體抓取任務(wù)。本文總體的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可分為相機標(biāo)定、視頻圖像采集、目標(biāo)識別、單目測距、機器人控制五個模塊，

主要參考文獻：

［1］．周錢生，戴腺快速查表法優(yōu)化視頻解碼中ＹＣｂＣｒ到ＲＧＢ的轉(zhuǎn)換化現(xiàn)代電技術(shù)［2］．王志明．?dāng)?shù)字圖像處理與分祈［Ｍ］．清華大學(xué)出版社，２０１２．

［3］．肖稽，王斌，李媛．基于最小二乘法的楠圓擬合改進算法［Ｊ］．北京航空航天大學(xué)學(xué)報，２００８

［4］．張城偉，王彪，徐貴力．?dāng)z像機標(biāo)定方法研究［Ｊ］．計算機技術(shù)與發(fā)展，２０１０，

［5］．劉俸材，謝明紅，壬偉，等．雙目視覺的立體標(biāo)定方法。計算機工程與設(shè)計，