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乒乓球机器人及其视觉系统现代设计1301郑可航201302071126乒乓球机器人乒乓球机器人作为一个手眼协调系统，包括机械系统、视觉系统和控制系统3个子系统，其中视觉系统类似人的眼睛，机械系统类似人的手臂，控制系统类似人的大脑。乒乓球机器人可通过模仿和学习人的击球方法，实现手眼协调，以达到眼疾手快准确击球的目的。乒乓球机器人系统组成1.机械系统机械系统为一个机械臂，该机械臂一般包含四到五个自由度，其中两到三个移动自由度实现球拍的定位，另外两个转动自由度控制球拍的姿态，在机械臂的末端安装乒乓球拍。机械臂可以在一定的范围内以灵活的位姿和速度运动，避免了人击球时的正反手问题。乒乓球机器人系统组成3.控制系统控制系统对机械手进行运动控制，利用视觉系统检测到的乒乓球运行轨迹和速度，控制电机驱动机械手灵活地实现击球动作，将来球准确回击到对方球台。视觉系统的发展第一代机器人所采用的是单目视觉系统，以球、固定光源下球影在图像平面上投影的位置实现了对乒乓球的三维定位，但是定位精度并不十分理想，而从第二代、第三代则采用了双目视觉系统，实现了对乒乓球较高精度的定位、较为准确的跟踪及预测。国内外目前对于乒乓球机器人中的视觉伺服系统主要集中于实现对球准确的检测、定位和跟踪，以特定的模型根据已有球的信息对未来球的轨迹进行比较准确的预测并提供给执行机构控制器预测结果。而所采用的视觉系统结构、图像处理方法、轨迹预测与跟踪的方法、预测的模型等具体技术则不尽相同、各式各样。视觉伺服系统的要求1.摄像机连续捕获球飞行的图片。2.处理器及时处理由摄像机捕获到的图片，通过一定的方法检测出球在图片中的区域。3.通过某种算法得到乒乓球的三维位置。4.实现对乒乓球的跟踪，并处理获得球飞行的速度信息。5.通过一定的预测算法得到球未来飞行的轨迹信息，并提供给击球机械手的控制器。摄像机的选择要求帧频——尽量高颜色——彩色较为优越像素——在保证帧率满足要求的情形下，选择尽量大像素值的摄像机传输接口，镜头——通光量较大比较合适处理器及平台的选择要求选择比较高运算频率的处理器视觉系统结构类别2.双目视觉系统双目视觉系统是模仿人眼的一个视觉系统，在乒乓球机器视觉伺服系统中应用得最为广泛。双目视觉有较多的优点：一、和人眼定位原理相近，利用左右摄像机的时差对目标物进行定位，是仿人机器人的重要部分；二、定位精度相对较高，对周围环境系统的要求较低，系统的抗干扰能力较好；三、系统实现的代价不高，目前主流的处理器已能顺利完成两个摄像机图像的高速采集和处理视觉系统功能：乒乓球的检测乒乓球机器人的视觉系统功能包括：乒乓球的检测、定位及跟踪乒乓球轨迹预测。这里对乒乓球的检测进行简介。乒乓球的检测：在日常生活中我们在感知物体的形状和轮廓时，往往不仅要根据亮度信息，而且需要颜色信息，来识别

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