近些年來,隨著機(jī)器人技術(shù)和人工智能技術(shù)的發(fā)展,智能機(jī)器人逐漸走進(jìn)人們的視野,智能體育機(jī)器人也開始從實(shí)驗(yàn)走向應(yīng)用。乒乓球運(yùn)動(dòng)是一項(xiàng)在我國很受歡迎的體育運(yùn)動(dòng),開展乒乓球機(jī)器人實(shí)驗(yàn)在我國有廣闊的應(yīng)用前景,乒乓球機(jī)器人研究涉及到機(jī)器視覺、深度學(xué)習(xí)、機(jī)器人控制等多種技術(shù)。本文以七自由度乒乓球機(jī)器人為研究對(duì)象,重點(diǎn)對(duì)乒乓球機(jī)器人系統(tǒng)中的視覺系統(tǒng)和控制系統(tǒng)進(jìn)行研究設(shè)計(jì),并對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)。本文首先對(duì)乒乓球機(jī)器人視覺系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)分析,然后按功能完成了視覺系統(tǒng)以下三個(gè)模塊的設(shè)計(jì)。其中圖像采集與相機(jī)標(biāo)定模塊完成了乒乓球運(yùn)動(dòng)圖像的采集及相機(jī)的標(biāo)定。在目標(biāo)檢測與坐標(biāo)計(jì)算模塊中,本文經(jīng)過研究對(duì)比后,選擇顏色分割對(duì)乒乓球進(jìn)行目標(biāo)檢測,針對(duì)常規(guī)顏色分割方法速度慢的問題,設(shè)計(jì)了一種基于CUDA的并行化目標(biāo)檢測方法,提高了目標(biāo)檢測的速度。然后通過雙目相機(jī)目標(biāo)定位原理得到了乒乓球的三維空間位置。在乒乓球軌跡預(yù)測模塊中,通過受力分析的方式建立了乒乓球的飛行模型,通過支持向量回歸的方式建立了乒乓球的反彈模型,然后利用這兩個(gè)模型完成了乒乓球軌跡的預(yù)測。本文采用七自由度機(jī)器人作為執(zhí)行機(jī)構(gòu),通過對(duì)七自由度機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)求解模塊、... 

【文章來源】：東華大學(xué)上海市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：73 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

美國貝爾實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的乒乓球機(jī)器人

七自由度乒乓球機(jī)器人系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)2以與人對(duì)打的乒乓球機(jī)器人誕生了[5,6]，如圖1.1所示，該乒乓球機(jī)器人系統(tǒng)采用四個(gè)相機(jī)作為視覺系統(tǒng)，然后利用Unimation公司研發(fā)的PUMA260機(jī)器人作為執(zhí)行器，不同于以往需要設(shè)計(jì)好乒乓球的發(fā)射角度和速度的乒乓球機(jī)器人系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以通過機(jī)器視覺感知乒乓球的實(shí)際位置然后控制機(jī)器人做出反應(yīng)，并且已經(jīng)能做到最多與人進(jìn)行20回合的對(duì)打，是一款真正意義上的智能乒乓球機(jī)器人系統(tǒng)。日本東芝公司研發(fā)了一款基于七自由度機(jī)械臂的可以與墻對(duì)打的乒乓球機(jī)器人[3]。澳大利亞阿德萊德大學(xué)研發(fā)了一款基于六自由度機(jī)器人的乒乓球機(jī)器人如圖1.2所示，該機(jī)器人較為靈活，但是擊球區(qū)域較小[3]。如圖1.3所示，是瑞士蘇黎世高等工業(yè)學(xué)院基于直角坐標(biāo)式的三自由度機(jī)械臂配合三自由度機(jī)械手腕的機(jī)器人開發(fā)了一款乒乓球機(jī)器人[7]，這款乒乓球機(jī)器人水平較高，曾經(jīng)獲得兩屆機(jī)器人乒乓球賽冠軍。1997年，日本大阪大學(xué)的宮崎文夫基于四自由度執(zhí)行機(jī)構(gòu)，利用雙目相機(jī)作為視覺系統(tǒng)研發(fā)了一款乒乓球機(jī)器人系統(tǒng)[8,9,10]，如圖1.4所示。該系統(tǒng)在對(duì)手的乒乓球拍和手肘處安裝了傳感器用來檢測乒乓球的旋轉(zhuǎn)方向，因此具備了回?fù)糇儞Q球的能力，取得了良好的效果。圖1.1美國貝爾實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的乒乓球機(jī)器人圖1.2阿德萊德大學(xué)的乒乓球機(jī)器人圖1.3蘇黎世高等工業(yè)學(xué)院的乒乓球機(jī)器人

七自由度乒乓球機(jī)器人系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)2以與人對(duì)打的乒乓球機(jī)器人誕生了[5,6]，如圖1.1所示，該乒乓球機(jī)器人系統(tǒng)采用四個(gè)相機(jī)作為視覺系統(tǒng)，然后利用Unimation公司研發(fā)的PUMA260機(jī)器人作為執(zhí)行器，不同于以往需要設(shè)計(jì)好乒乓球的發(fā)射角度和速度的乒乓球機(jī)器人系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以通過機(jī)器視覺感知乒乓球的實(shí)際位置然后控制機(jī)器人做出反應(yīng)，并且已經(jīng)能做到最多與人進(jìn)行20回合的對(duì)打，是一款真正意義上的智能乒乓球機(jī)器人系統(tǒng)。日本東芝公司研發(fā)了一款基于七自由度機(jī)械臂的可以與墻對(duì)打的乒乓球機(jī)器人[3]。澳大利亞阿德萊德大學(xué)研發(fā)了一款基于六自由度機(jī)器人的乒乓球機(jī)器人如圖1.2所示，該機(jī)器人較為靈活，但是擊球區(qū)域較小[3]。如圖1.3所示，是瑞士蘇黎世高等工業(yè)學(xué)院基于直角坐標(biāo)式的三自由度機(jī)械臂配合三自由度機(jī)械手腕的機(jī)器人開發(fā)了一款乒乓球機(jī)器人[7]，這款乒乓球機(jī)器人水平較高，曾經(jīng)獲得兩屆機(jī)器人乒乓球賽冠軍。1997年，日本大阪大學(xué)的宮崎文夫基于四自由度執(zhí)行機(jī)構(gòu)，利用雙目相機(jī)作為視覺系統(tǒng)研發(fā)了一款乒乓球機(jī)器人系統(tǒng)[8,9,10]，如圖1.4所示。該系統(tǒng)在對(duì)手的乒乓球拍和手肘處安裝了傳感器用來檢測乒乓球的旋轉(zhuǎn)方向，因此具備了回?fù)糇儞Q球的能力，取得了良好的效果。圖1.1美國貝爾實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的乒乓球機(jī)器人圖1.2阿德萊德大學(xué)的乒乓球機(jī)器人圖1.3蘇黎世高等工業(yè)學(xué)院的乒乓球機(jī)器人

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[10]基于快速擴(kuò)展隨機(jī)樹的7R機(jī)械臂避障達(dá)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃[J]. 謝碧云,趙京,劉宇.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2012(03)

博士論文
[1]七自由度乒乓球機(jī)器人的視覺檢測及擊球決策研究[D]. 李志奇.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2015
[2]乒乓球機(jī)器人視覺測量與控制[D]. 張正濤.中國科學(xué)院研究生院（自動(dòng)化研究所） 2010

碩士論文
[1]基于學(xué)習(xí)的旋轉(zhuǎn)乒乓球定位與軌跡預(yù)測[D]. 吳珺.浙江大學(xué) 2018
[2]基于PC的七自由度乒乓球機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)的研究[D]. 洪永潮.浙江大學(xué) 2006



本文編號(hào)：2955418