乒乓球追踪机器人设计

课 程 设 计 设计题目： 乒乓球追踪机器人设计 系别： 自控系 班级： 测控本091班 学号： 2009308120 学生姓名： 刘礼旭 指导教师： 祝尚臻 职称： 讲师 起止日期：2012 年 7 月 9 日起——2012年7月13日止 I

沈阳工程学院 课程设计任务书

课程设计题目： 乒乓球追踪机器人设计 系 别 自控系 班级 测控本091班 学生姓名 刘礼旭 学号 2009308120 指导教师 祝尚臻 职称 讲师 课程设计进行地点： 实训F430 任 务 下 达 时 间： 12年 7月9日 起止日期： 12年7月9日起——至12年7月13日止

教研室主任 吕勇军 2012年 7月 9 日批准 II

乒乓球追踪机器人设计 1设计目的及基本要求： 1.1设计目的 （1）了解机器人技术的基本知识以及有关电工电子学、单片机、机械设计、传感器等相关技术。 （2）初步掌握机器人的运动学原理、基于智能机器人的控制理论，并应用于所设计的机器人中。 （3）通过学习，具体掌握机器人的控制技术，并使机器人能独立执行一定的任务。

1.2基本要求 （1）要求设计一个能追踪乒乓球的机器人。 （2）要求设计机器人的行走机构，控制系统、传感器类型的选择及排列布局。 （3）要求机器人具有乒乓球追踪功能，避障功能（不能撞到障碍物上）。

1.3 发挥部分 自由发挥 2对设计论文撰写内容、格式、字数的要求； （1） 课程设计论文是体现和总结课程设计成果的载体，一般不应少于3000字。 （2） 学生应撰写的内容为：中文摘要和关键词、目录、正文、参考文献等。课程设计论文的结构及各部分内容要求可参照《沈阳工程学院毕业设计（论文）撰写规范》执行。应做到文理通顺，内容正确完整，书写工整，装订整齐。 （3） 论文要求打印，打印时按《沈阳工程学院毕业设计（论文）撰写规范》的要求进行打印。 （4） 课程设计论文装订顺序为：封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要和关键词、目录、正文、参考文献。

3时间进度安排； 顺序 阶段日期 计 划 完 成 内 容 备注 1 2012.7.9 讲解主要设计内容，学生根据任务书做出原始框图 打分

2 2012.7.10 检查框图及初步原理图完成情况，讲解及纠正错误 打分

3 2012.7.11 检查逻辑图并指出错误及纠正；讲解原理图绘制及报告书写 打分

4 2012.7.12 继续修正逻辑图，指导原理图绘制方法，布置答辩 打分

5 2012.7.13 答辩、写报告 打分

2012-7-9 III

沈 阳 工 程 学 院 机器人 课程设计成绩评定表 系（部）： 自控系 班级： 测控本091班 学生姓名：刘礼旭 指 导 教 师 评 审 意 见 评价 内容 具 体 要 求 权重 评 分 加权 分 调研 论证 能独立查阅文献,收集资料；能制定课程设计方案和日程安排。 0.1 5 4 3 2

工作 能力 态度

工作态度认真，遵守纪律，出勤情况

是否良好，能够独立完成设计工作。 0.2 5 4 3 2

工作 量 按期圆满完成规定的设计任务，工作量饱满，难度适宜。 0.2 5 4 3 2

说明 书的 质量

说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。

0.5 5 4 3 2

指导教师评审成绩 （加权分合计乘以12） 分 加权分合计

指 导 教 师 签 名： 年 月 日 评 阅 教 师 评 审 意 见 评价 内容 具 体 要 求 权重 评 分 加权 分 查阅 文献 查阅文献有一定广泛性；有综合归纳资料的能力。 0.2 5 4 3 2

工作 量 工作量饱满，难度适中。 0.5 5 4 3 2

说明 书的 质量

说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。

0.3 5 4 3 2

评阅教师评审成绩 （加权分合计乘以8） 分 加权分合计

评 阅 教 师 签 名： 年 月 日 课 程 设 计 总 评 成 绩 分 IV

摘要 机器人是现代一种典型的光机电一体化产品，机器人学也是当今世界极为活跃的研究领域之一，它涉及计算机科学、机械学、电子学、自动控制、人工智能等多个学科。 机器人从出现到现在的短短几十年中，已经广泛应用于国民经济的各个领域，在现代工业生产中，机器人已成为人类不可或缺的好帮手；在航空航天、海底探险中，机器人更是能完成人类所难以完成的工作。随着计算机、人工智能和光机电一体化技术的迅速发展，机器人已经不仅仅局限于在工业领域的应用，它还将发展成具有人类智能的智能型机器人，具有一定的感觉思维能力和自主决策能力。 与乒乓球追踪机器人相关的还有打乒乓球机器人，其关键技术是图像处理，亦即机器视觉系统。机器视觉系统是指通过机器视觉产品将被摄取目标图像信号转变成数字化信号,然后由图像处理系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作，即机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断。目前机器视觉系统是实现仪器设备的精密控制、智能化、自动化的有效途径，堪称现代工业生产的“机器眼睛”。 目前如何让机器也拥有人一样的视觉，让机器人更好地服务于人类，以及如何更好地运用机器视觉已经成为当今科学及工业运用领域的前沿技术，已经成为一门内容丰富的综合性学科。随着机器视觉技术的不断发展，未来机器视觉将在人类生活的各个方面发挥举足轻重的作用，为此发展机器视觉将具有重要的科学价值和意义。 基于机器视觉的乒乓球追踪机器人就是利用TI公司的DSP C6711开发平台和结合他人的研究成果自行设计的硬软件来构建机器视觉开发平台，来开发和运用机器视觉。

关键词 机器人；乒乓球追踪；机器视觉系统；DSP V

目录 课程设计任务书...................................................... I 机器人 课程设计成绩评定表..................................... III 摘要............................................................... IV 1 设计任务描述...................................................... 1 1.1设计题目..................................................... 1 1.2设计主要内容及要求........................................... 1 1.2.1设计目的 ............................................... 1 1.2.2基本要求 ............................................... 1 1.2.3发挥部分 ............................................... 1 2 设计思路.......................................................... 2 2.1 机器人手臂的选择 ............................................ 2 2.2 机械手的选择 ................................................ 2 2.3 行走机构的选择 .............................................. 3 2.4 驱动形式的选择 .............................................. 3 2.5 图像采集、图像处理设备的选择 ................................ 5 2.6 驱动控制系统设计 ............................................ 5 2.7 单片机与DSP通信 ............................................ 5 3 设计流程图........................................................ 7 4 系统的硬件设计.................................................... 8 4.1 硬件设计综述 ................................................ 8 4.2 图像采集、图像处理设备 ...................................... 8 4.3 追踪车的驱动模式及架构 ...................................... 8 4.4 追踪机器人的驱动控制系统设计 ................................ 9 4.5 机器视觉系统的最终构成 ...................................... 9 4.6 单片机与DSP通信 ........................................... 10 4.7 避障部分：光电开关传感器 ................................... 11 4.8 红外测距传感器 ............................................. 11 5 系统的软件设计................................................... 12 5.1 采用彩色图像处理的原因及要求 ............................... 12 5.2 彩色图像处理流程 ........................................... 12 5.3 颜色分割 ................................................... 12 5.4 目标提取方案 ............................................... 13 5.5 快速区域参数提取算法 ....................................... 14 5.5.1算法的具体实现过程 .................................... 14 5.5.2快速区域参数提取算法与传统的图像标签化算法的不同之处 .. 15 5.5.3算法总结 .............................................. 16 5.6 目标物体方位的提取和追踪 ................................... 16 5.6.1目标方位的提取 ........................................ 16 5.6.2追踪目标物体 .......................................... 17 5.7 拾取乒乓球 ................................................. 17 5.8 将乒乓球放入球篮 ........................................... 17 小结............................................................... 18