一种基于OpenCV的乒乓球分类捡球机器人的设计与实现

李红岩，张 伟，杨晨帆

（西安科技大学 电气与控制工程学院，陕西 西安 710054）

0 引 言

乒乓球是一种风靡我国且老少皆宜的全民性运动，但对于爱好者来说，在训练完捡球并根据颜色分类既费时又费力，影响体验。本课题设计了一种基于OpenCV的乒乓球分类捡球机器人，通过摄像头采集环境信息，经过树莓派运算识别出场地上乒乓球的位置及颜色信息，以STM32F4单片机作为主控制器，控制机器人完成捡球与分类动作。同时还有自我保护功能，保护在运动过程中撞到障碍物或者被人踩伤。

1 系统总体组成

本课题设计的基于OpenCV的乒乓球分类捡球机器人主要由OpenCV图像识别系统与控制系统组成，结构如图1所示。OpenCV是基于树莓派上布署的Linux系统。机器人启动后，树莓派通过摄像头采集环境信息，识别乒乓球的位置及颜色信息并以串口通信的方式发送给STM32F4主控制器作为控制参量，控制机器人向目标乒乓球做趋近运动。运动过程中，安装在机器人四周的人体红外传感器与超声波距离传感器实时监测周围障碍物以及运动方向是否有人存在。如探测到人或障碍物则结合传感器数据，根据设定算法自动选择一条最优的无障碍通道。机器人系统总体组成如图1所示。

2 系统硬件设计

2.1 捡球装置

捡球装置由两级并联毛刷滚轮、直流减速电机、减速器、编码器、联轴器组成。两级柔性毛刷滚轮通过驱动器控制两直流减速电机的正反转与速度完成收取动作。收取动作采用阶梯式传递方式，一级滚轮高速旋转收起地面上的球，二级滚轮低速旋转将球抬升并送到储存仓仓口等待分类入仓。……