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基于OpenMV的智能兵乓球拾取小车.docx
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基于OpenMV的智能兵乓球拾取小车.docx
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摘要
当我们跟随着现代化科学技术的脚步缓缓向前走去,社会也以一种
现代化、高科技、智能时代的姿态向我们走路。无论是日常刷着微信朋
友圈的智能手机、办公室中协助完成工作的台式电脑、物联网控制下的
智能家居。这些无孔不入地高科技产品逐渐成为我们日常生活和工作中
的一部分。说到智能化,就不得不提及人工智能。而在人工智能研究领
域极里面,机器视觉又占据着极其重要的一部分。
一些基于机器视觉系统的智能化机器设备除了很大程度带动了科技
社会的发展和进步,也使得人们的工作和生活更加便利。本文便是设计
了一款以 Arduino 开发板作为主控制器,便利人们在乒乓球比赛和训练
中不需要进行人工手动捡球的捡球小车。该智能兵乓球拾取小车是基于
OpenMV 机器视觉模块对目标物体进行视觉识别,摄像头获取到的图像通
过相关算法检测出目标兵乓球距离以及位置信息,通过 TTL 串口通讯将
数据传递给小车 Arduino 开发板控制机器运动,机器操作部分则是控制
舵机转动将车身前方由亚克力板和弹力绳组成的捕获笼通过定点下落来
拾取检测到的地面上固定位置的兵乓球。用户可以通过 ESP8266 无线终
端模式在移动端发送相关指令控制车身实现捡球小车在一定区域内进行
前进、后退、左右转向、遇到障碍物进行躲避、拾取地面上散落的兵乓
球功能。
关键词:OpenMV;Arduino;乒乓球;摄像头;机器视觉
Abstract
When we follow the pace of modern science and technology, the society is
walking towards us in a modern, high-tech and intelligent era. Whether it's a
smart phone with WeChat circle of friends, a desktop computer in the office to
help complete the work, or a smart home under the control of the Internet of
things. These high-tech products have gradually become a part of our daily life
and work. When it comes to intelligence, we have to mention artificial
intelligence. In the field of artificial intelligence, machine vision plays an
important role.
Some intelligent machine equipment based on machine vision system not only
greatly promote the development and progress of science and technology
society, but also make people's work and life more convenient. In this paper,
we design a kind of ball picking car which uses Arduino development board as
the main controller, so that people don't need to pick up the ball manually in
table tennis competition and training. The intelligent table tennis pick-up car is
based on the OpenMV machine vision module for visual recognition of the
target object. The image obtained by the camera detects the distance and
position information of the target table tennis through the relevant algorithm.
The data is transmitted to the car Arduino development board through TTL
serial port communication to control the machine movement. The machine
operation part is to control the rotation of the steering gear and the acrylic plate
in front of the body the capture cage composed of elastic rope and elastic rope
picks up the detected ping-pong ball at a fixed position on the ground by
falling at a fixed point. Through ESP8266 wireless terminal mode, the user
can send relevant instructions to control the car body to realize the functions of
moving forward, backward, turning left and right, avoiding obstacles and
picking up the scattered ping-pong balls on the ground in a certain area.
Key words:OpenMV; Arduino; Table tennis; The camera; Machine vision
目录
第一章 绪论 .................................................1
1.1 课题的背景和意义 .....................................1
1.2 智能捡球机在国外发展状况 .............................1
第二章 整体方案设计 .........................................3
2.1 系统整体方案 .........................................3
2.2 系统整体框架图 .......................................3
第三章 硬件设计分析 .........................................5
3.1 硬件总体设计 .........................................5
3.2 WeMos D1 开发板介绍 ..................................6
3.2.1 低功耗主控芯片介绍...............................6
3.3 OpenMv机器视觉模块 ...................................7
3.4 HC-SR04超声波模块工作原理 ............................9
3.5 SG90舵机模块的工作原理 ..............................10
3.6 L9110S直流电机驱动模块 ..............................11
第四章 软件设计分析 ........................................13
4.1 主程序设计 ..........................................13
4.2 子程序设计 ..........................................14
4.2.1 小车行进控制子程序..............................14
4.2.2 拾取兵乓球子程序................................16
4.3 文件应用 ............................................17
4.3.1 ESP8266闪存文件应用 ............................17
4.4 兵乓球识别原理 ......................................18
4.4.1 兵乓球距离识别原理..............................18
4.4.2 兵乓球颜色识别原理..............................20
4.4.3 兵乓球形状识别原理..............................21
第五章 实物功能与测试结果 ..................................23
结论 .......................................................25
参 考 文 献 ................................................26
致谢 .......................................................27
广东东软学院本科生毕业设计(论文)
1
第一章 绪论
1.1 课题的背景和意义
乒乓球虽然只是比赛当中的一个小球,但却是我们中国的国球。除了专业的兵
乓球手,业余爱好者也是常常会在空闲地时间与二三个志同道合的球友去兵乓球馆
内进行对练。只是每次长时间的训练结束后,地板上都能看到四处散落的兵乓球,
给场地工作人员带来困扰的局面。因此,为了便利人们在日常生活种的需求,同时
减少一部分不必要的人力。专门针对兵乓球进行拾取的捡球机器便由此应运而生。
目前市面上出售的捡球机器参差不齐,有的捡球机器进行兵乓球拾取的效率可
以说是相当高效,但是其机器本身的造价也可以说是十分之昂贵,性价比并不高。
市面上也有相对便宜且无需弯腰便能进行拾取的轻便捡球网框。后者价格虽然相比
之前者要来得实惠,然而其仍然需一定的人力来进行拾取,这就相对于前者而言来
得没那么便利了。
伴随着机器视觉技术跨过一个个门槛逐步“破冰”,机器视觉领域的逐步发展
使得捡球器制造行业迈入新的发展阶段。简单说来,机器视觉就像是我们自己的眼
睛,用摄像头代替我们自己的眼睛来观察这个世界,同时又利用人工智能相关技术
对物体进行测量和判断。结合机器视觉技术,本文设计了基于 OpenMV 机器视觉模
块、Arduino 控制模块以及 ESP8266 通信模块的智能拾取兵乓球小车。这样就方便
了人们在打乒乓球时不用多次进行弯腰拾取,该智能拾取兵乓球小车通过抓取系统
中机器视觉模块的标定、目标小球的识别匹配、机器小车对目标小车的定位抓取。
不仅能够简单的检测和识别乒乓球,并能够对多个小球进行拾取。如此提高了拾取
的效率,减轻了工作人员身上的包袱。
1.2 智能捡球机在国外发展状况
如果把某种技术的发展史比作人的年龄,那么机器视觉就像是一位迈入而立之
年正在逐渐走向成熟的中年男子。其中智能捡球机可以算是智能制造的一个显著例
子,它通过机器代替人工节省了不必要劳动力地浪费,让拾取小球的工作效率更高。
纵观整个发展,机器视觉在其中起到不可替代的作用。
在全球机器视觉市场中,美国和日本不仅占领着大半的份额,并且处于一个相
当高的一个水平,像是日本的基恩士、美国的康耐视等都是有名的机器视觉公司。
美国在机器视觉方面已经从最初的实验室阶段步入了工业实际生产的应用阶段。并
且,美国在技术研发、产品生产和实际应用方面,处于一种较为均衡的状态。像最
近的一款自动捡球机器人 Teninibot 就是来自美国波士顿的团队设计.该机器自带的
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