隨著服務(wù)機(jī)器人技術(shù)研究及應(yīng)用的不斷發(fā)展,服務(wù)機(jī)器人在文體領(lǐng)域的應(yīng)用需求開(kāi)始呈現(xiàn)并成為研究熱點(diǎn)之一。本文設(shè)計(jì)的智能乒乓球自動(dòng)撿球機(jī)器人正是順應(yīng)這些需求,相信會(huì)有廣闊的發(fā)展應(yīng)用前景。本文選用Kinect v2、RPLIDAR A1雷達(dá)作為本體傳感器,采用Kobuki作為機(jī)器人底盤(pán),在Linux系統(tǒng)下利用ROS、Open CV、Kinect SDK等軟件庫(kù)以及C++編程語(yǔ)言,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一款智能乒乓球自動(dòng)撿球機(jī)器人。本文主要工作內(nèi)容包括:（1）分析需求并確定機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)功能,并以此設(shè)計(jì)了總體系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)和軟件模塊。（2）針對(duì)乒乓球檢測(cè)問(wèn)題,利用乒乓球的顏色和形狀特征,設(shè)計(jì)了一種快速穩(wěn)定的乒乓球檢測(cè)算法,并采用基于積分圖的非局部均值濾波算法（NLM）對(duì)低質(zhì)量圖像進(jìn)行去噪、采用Mc Cann-Frankle Retinex算法對(duì)光照不均勻圖像進(jìn)行增強(qiáng),提高了乒乓球的識(shí)別率;為了降低乒乓球的誤檢率,提出了一種根據(jù)距離和乒乓球大小比例關(guān)系過(guò)濾無(wú)效圓的方法;以相機(jī)針孔模型為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)了乒乓球定位算法,實(shí)現(xiàn)了對(duì)乒乓球的實(shí)時(shí)全局定位功能。（3）以蟻群算法為基礎(chǔ),設(shè)計(jì)了撿球順序規(guī)劃模塊,并研究了蟻群算法... 

【文章來(lái)源】：南京郵電大學(xué)江蘇省

【文章頁(yè)數(shù)】：94 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

乒乓球自動(dòng)發(fā)球機(jī)服務(wù)機(jī)器人是一類為人類提供輔助功能、擴(kuò)展人類的能力、給人類帶來(lái)便利并有一定自

eon[17]等人設(shè)計(jì)了一款包括乒乓球檢測(cè)、環(huán)境感知、導(dǎo)航和乒乓球拾取模塊的完整系統(tǒng)，缺點(diǎn)是沒(méi)有實(shí)現(xiàn)定位和撿球順序規(guī)劃功能，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，實(shí)用性不高。在撿球機(jī)器人大類中，學(xué)術(shù)領(lǐng)域更多的依然是集中于機(jī)器視覺(jué)[18][19]和機(jī)械設(shè)計(jì)[20]，關(guān)注識(shí)別和拾取乒乓球的能力，也有少量的關(guān)于總體系統(tǒng)的研究[21]；在商用領(lǐng)域，撿球機(jī)器人蓬勃發(fā)展，已有高爾夫撿球機(jī)器人TheBallPicker[22]和網(wǎng)球撿球機(jī)器人Tennibot等問(wèn)世，這些場(chǎng)景相對(duì)乒乓球場(chǎng)館來(lái)說(shuō)面積相對(duì)較大，機(jī)器人的運(yùn)行限制較小，不需要考慮避障等問(wèn)題，研發(fā)難度較校圖1.2展示了目前已有的各類撿球機(jī)器人。圖1.2各式撿球機(jī)器人總的來(lái)說(shuō)，目前對(duì)于撿球機(jī)器人的研究主要是從機(jī)器視覺(jué)、撿球機(jī)械手的設(shè)計(jì)、路徑規(guī)劃以及機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)等方面展開(kāi)，還有很大的發(fā)展空間。1.2.2乒乓球檢測(cè)識(shí)別及定位研究現(xiàn)狀隨著機(jī)器視覺(jué)的大力發(fā)展，智能識(shí)別的技術(shù)逐漸應(yīng)用到文體領(lǐng)域。對(duì)于乒乓球檢測(cè)識(shí)別，目前的研究主要分為機(jī)器學(xué)習(xí)法[23]和傳統(tǒng)圖像處理方法[24]。機(jī)器學(xué)習(xí)的方法主要原理是使用大量的樣本進(jìn)行訓(xùn)練，訓(xùn)練出一個(gè)通用的模型，然后提取出乒乓球的特征，將待檢測(cè)的圖片使用訓(xùn)練好的模型來(lái)識(shí)別圖中的乒乓球。傳統(tǒng)的圖像處理方法主要是先分割出乒乓球以及與乒乓球顏色相近的部分，然后取出圖中圓形的部分，即可取出圖中的乒乓球。機(jī)器學(xué)習(xí)的方法過(guò)于復(fù)雜，因?yàn)槠古仪虻奶卣髦挥蓄伾托螤顑煞N，訓(xùn)練需要的時(shí)間較多，而傳統(tǒng)的圖像處理有OPENCV庫(kù)可以使用，由于場(chǎng)景比較單一，所以使用OPENCV可以取得很好的效果，且實(shí)時(shí)性好。對(duì)于傳統(tǒng)的檢測(cè)方法，張學(xué)鋒[24]提出結(jié)合RGB與HSV兩種顏色模型來(lái)改善識(shí)別不準(zhǔn)的情況；王曉龍[25]提出用SVM分類來(lái)進(jìn)一步提高識(shí)別率。識(shí)別用的攝像機(jī)可以有兩種安

南京郵電大學(xué)專業(yè)學(xué)位碩士研究生學(xué)位論文第二章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)9功能的實(shí)現(xiàn)。工控機(jī)即為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是一種具有計(jì)算機(jī)基本硬件設(shè)備并裝有操作系統(tǒng)的微型計(jì)算機(jī)，因?yàn)槠湫∏汕曳�(wěn)定，非常適合用于智能化場(chǎng)景中。本文選用的工控機(jī)型號(hào)為新創(chuàng)云工控機(jī)X31-I7，它是一種用于工業(yè)環(huán)境的微型電腦，它的作用是承載軟件系統(tǒng)，保證其可靠平穩(wěn)的運(yùn)行，如圖所示。該款工控機(jī)的核心參數(shù)為：CPU：IntelCOREI7內(nèi)存：容量8G硬盤(pán)大�。�500G圖2.1新創(chuàng)云工控機(jī)（2）Kinectv2雙目攝像機(jī)Kinect是微軟Xbox360使用的的3D體感相機(jī)，它是一個(gè)雙目相機(jī)，可以獲取RGB圖像和深度圖像兩個(gè)數(shù)據(jù)流，在檢測(cè)目標(biāo)的同時(shí)還可以對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位。2014年10月，kinectv2發(fā)布，它比之前的v1版本功能和性能有很大的提升。Kinectv2有配套的提供給開(kāi)發(fā)人員使用的SDK，其封裝性較好，在工程應(yīng)用中較為方便。kinect的彩色相機(jī)不會(huì)受到物體的陰影影響，這提高了乒乓球檢測(cè)的準(zhǔn)確性，并且其深度相機(jī)可以準(zhǔn)確且可靠的獲得目標(biāo)地距離相機(jī)的距離，保證了對(duì)乒乓球定位的準(zhǔn)確性。Kinectv2的主要參數(shù)如下：1個(gè)彩色攝像機(jī)，RGB圖像分辨率：1920×10801個(gè)深度攝像機(jī)，深度圖像分辨率：512×4241個(gè)紅外收發(fā)裝置可檢測(cè)范圍：0.5m-4.5m角度范圍：水平70°，垂直60°

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
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本文編號(hào)：3214341