投篮机器人设计

投篮机器人设计第一章绪论1.1机器人概述.............................. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 11.2...................................... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 21.3.................................. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .41.4............................................ .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. (5)第二章系统架构与相关技术基础2.1 硬件设计.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . . .. .. ..2.1.1 处理器.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . . ..2.1.2CCD.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..2.1.3 超声波.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. . . .. .. .. .. ..2.2图像的基本知识.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..2.3多传感器信息融合.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..2.4 路径规划.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..第三章投篮机器人总体结构设计............................................... 3.1 题目分析.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..3.2 总体设计.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..第四章算法设计.. .. .. .. .. .. .. .... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 4.1 路径识别.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..4.2SIA.. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..第五章软件实现与仿真 (7)3 致谢...................................................................... .. (72)参考文献...................................................................... (73)附录...................................................................... .. (73)1.1机器人概述机器人综合了多学科的发展成果，代表了高技术的发展前沿，其在人类生活应用领域的不断扩大引起国际上重新认识机器人技术的作用和影响。

随着计算机技术和人工智能技术的飞速发展，机器人在功能和技术上有了极大的提高，移动机器人、机器人视觉和触觉等技术就是其中的典型代表。

同时，这些技术的发展，也推动了机器人概念的延伸。

对于机器人的概念和定义，由于研究的侧重点不同，国际上目前尚未有明确的统一标准。

综合各种定义，可将机器人理解为:机器人是一种在计算机控制下的可编程的自动机器，根据所处的环境和作业需要，它具有至少一项或多项拟人功能，另外还可能在不同程度地具某些环境感知能力(如视觉、力觉、触觉、接近觉等)，以及语言功能乃至逻辑思维、判断决策功能等，从而使它能在要求的环境中代替人进行作业。

机器人一般由以下部分组成:(1)机械主体部分(2)驱动伺服单元(3)计算机控制系统(4)传感系统(5)输入输出系统接口毋庸置疑，未来机器人将拥有广泛的应用领域，例如在医疗服务，社会服务，家庭服务等等。

1.4论文结构概述第二章系统架构与相关技术基础2.1 硬件平台本设计是通过硬件实现的，投篮机器人是由处理器，传感器及相关的机械部分构成的，实现路径识别和灌篮的动作。

电机液晶Atmega16 Atmega32 光电编码器串口通信超声波 CCD2.1.1 处理器为了提高处理速度和设计的灵活性，机器人采用了两块处理器。

每个处理器既有各自的功能，又有相互通信，实现并行和协作的功能。

ATMEL公司的ATMEGA32芯片提供机器人的视觉处理能力，ATmega32是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。

由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega32 的数据吞吐率高达1MIPS/MHz，从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。

因为该芯片有较大的内存和较快的处理速度，比较适合做简单的图像处理芯片，该处理器的功能主要有：控制CCD，处理图像，识别路径，控制液晶显示。

ATMEGA16芯片是高性能、低功耗的 8位AVR微处理器有先进的RISC结构，131 条指令–大多数指令执行时间为单个时钟周期，32 个8 位通用工作寄存器，全静态工作，工作于16 MHz 时性能高达16 MIPS，只需两个时钟周期的硬件乘法器，非易失性程序和数据存储器，16K 字节的系统内可编程 Flash。

因此该芯片适合做控制器。

ATMEGA16的功能为：控制超声波传感器，光电编码器，电机控制。

2.1.2 CCDOV7670 CAMERACHIPTM图像传感器，通过SCCB 总线控制，可以输出整帧、子采样、取窗口等方式的各种分辨率8位影响数据。

该产品VGA图像最高达到30帧/秒。

用户可以完全控制图像质量、数据格式和传输方式。

所有图像处理功能过程包括伽玛曲线、白平衡、饱和度、色度等都可以通过SCCB接口编程。

感光阵列640X480，IO电压2.5V to 3.0V (内部LDO给核供电1.8V)。

CCD的功能为：提供机器人视觉，为路径识别和颜色识别提供硬件平台。

CCD摄像机的工作原理是：当光线经过镜头汇聚成像在摄像机上时，每个光敏单元会因感受到的光强的不同而耦合出不同数量的电荷，通过译码电路可取到每一个光敏单元上耦含出的电荷而形成电流信号，该电流信号即对应一个像素，上百万个像素电流信号的集合，即构成了用电信号表示的图像。

2.1.3 超声波超声波是指频率在20KHZ以上，不能引起正常人听觉反应的机械振动波，是物体的机械振动在弹性介质中传播所形成的机械波。

由于超声波具有非常短的波长，可以聚集成狭小的发射线束而呈束状直线传播，故传播具有一定的方向性。

超声波在空气中的传播速度为340m／s。

超声波在机器人控制中用来测距实现避障或导航，当遇到障碍物时，发射的超声波信号被障碍物反射回来，接收电路接收到反射回的信号引发单片机中断，进入中断服务程序进行处理，从而避开障碍物。

用作导航时，应先设立一个目标物，机器人实时计算与目标物之间的距离，并相应的进行决策，朝着减小或增大与目标物之间距离的方向运行，使机器人在大的方向上不至于走错。

本模块输出方式为 PWM 方式。

利用单片机从控制口发一个10Us以上的高电平，就可以在接收口等待高电平输出。

一有输出就可以开定时器计时，当此口变为低电平时就可以读定时器的值，此时就为此次测距的时间,方可算出距离。

如此周期性地测量方可移动测距。

2. 1. 4红外传感器为了便于移动机器人顺利完成行进任务，机器人必须使用检测障碍物的传感器，为此采用红外传感器，主要检测左前方和右前方的障碍物。

它的检测范围用户可以通过调节两个电位器来调节左右两个红外的检测距离。

红外接收模块集成了红外接受管、前置放大器、限幅放大器、带通放大器、峰值检波器、整前电路和输出放大电路，灵敏度很高。

有时从红外管侧面和后面漏出的红外光也会被接受模块探测到，所以我们预先将两个红外发射管和一个红外接收器装在一个套管里，然后固定在外壳上的，这样就有效的避免了这种情况的发生。

2.1.5光电编码器在机器人转动轮的侧面我们设置了两个光电编码器用来测量机器人的速度，运用红外发射接受模块。

反射器(即码盘)是用圆片制成，将其66等分，黑白相间。

当轮子旋转带动码盘旋转时，黑条和白条交替闪过光电编码器，即构成一组脉冲，总共33个，每个脉冲的分辨率约为10. 91 0，假如轮子直径为65mm，则周长方面的分辨率约为6. 19mm0光电编码器原理上也是靠发射与接受红外光来工作的，由于红外光照射在黑色辐条会被吸收，没有反射光线;而在白色辐条上是有反射信号的，所以我就可以检测到来自白色条幅的反射信号。

2.23.1.1 工作原理摄像头分黑白和彩色两种，为达到寻线目的，只需提取画面的灰度信息，而不必提取其色彩信息，作者采用黑白摄像头以减少单片机采样的负担。

摄像头主要由镜头、图像传感芯片和外围电路构成。

图像传感芯片是其最重要的部分，但该芯片要配以合适的外围电路才能工作。

将芯片和外围电路制作在一块电路板上，称为“单板”。

若给单板配上镜头、外壳、引线和接头，就构成了通常所见的摄像头，如聊天用的摄像头；若只给单板配上镜头，这就是“单板摄像头”。