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网球服务机器人系统设计

孙宏达;张洪霞

【期刊名称】《《黑龙江八一农垦大学学报》》

【年(卷),期】2019(031)005

【总页数】4页(P108-111)

【关键词】单片机;图像识别;超声波测距;机械夹手

【作者】孙宏达;张洪霞

【作者单位】燕山大学电气工程学院秦皇岛066004;攀枝花学院

【正文语种】中文

【中图分类】TP242

网球是一项世界性的运动，国内外有很多爱好者，截至2018年底，我国已有网球

场10万余所、网球运动人数已达1000多万，且数量每年以10%～12%的速度

增长。网球运动带来的各种市场的需求潜力巨大，如在大型体育场馆中，有很多的

场地拾球、供球以及给场地人员提供用品都需要大量的人力，同时也耗费大量的财

力；为此可以进行智能开发减少人力降低成本，但是截至目前，国内外在网球运动

领域还没有类似成型的服务机器人为网球训练员们进行智能拾球服务，属于有待开

发市场。国外的机器人虽然比国内早，各个方面的服务机器人也很多，但是在网球

运动领域，专门的人工捡球机器，需要人来操作机器，真正能自主捡球的机器人少

之又少；国内机器人虽然初具成色，但是在网球运动领域大部分捡球操作还要人来

完成。网球服务机器人有着较为广阔的发展前景，基于图像颜色视觉识别系统的网

球服务机器人在国内很少有类似研究，而且图像颜色的简易性识别对于机器人在网

球场中的网球识别有很大的优势，所以项目有一定的研究意义[1]。

1软件设计及硬件构造

1.1软件设计

采用STM32F103ZET6开发板进行对于程序的编写操控，主要编程序来控制定时、

计时中断、和输出等。程序分为主程序部分和中断服务子程序部分。程序运行之前

进行时钟初始化、串口初始化、中断服务初始化、通用输入输出端口初始化等多项

初始化。主循环中主要获取各传感器状态，反应实时运行状态，所获得有关状态参

数用于中断函数参数设置，以便控制小车的状态。定时器中断服务程序中，通过数

模转换器所得参数来改变控制直流电机、小车轮胎的运行参数，以对系统进行实时

掌控，完成相关指令[2]。图像识别系统则采用基于STM32的C语言编程图像识

别，或采用python结合Opencv更加准确详细地进行图像识别，提取图像所需

信息后通过中控计算机将数据转移到小车主控制板上对小车发布指令，运行到指定

位置。

1.2硬件构造组成

（1）所用器件及设备

网球服务机器人主体构造为；由STM32单片机作为主要控制器来进行程序编写和

对各模块的操控，超声波模块在STM32控制下进行对于周围环境有关参数的收集，

发现障碍物并避开，机器人运行主要靠空心杯电机提供动力。STM控制OV7725

摄像头模块进行图像拍摄采集。然后数据传送到上位机进行处理。然后根据

STM32板操控驱动电机以及机械夹手进行运行及夹取网球。

（2）硬件工作运行流程图

硬件工作运行流程见图1：

图1主要工作流程图Fig.1Theflowchartofmainwork

2图像识别系统设计

2.1图像识别流程

图像识别所需达成的功能即为根据网球圆形的形状以及绿色的颜色来识别网球。采

用OV7725摄像头模块，提取图像后在上位机进行处理，然后将数据传送给单片

机。由STM32开发板进行控制并操控其进行图像识别，根据python相关算法简

化处理流程，提取图形有关要素。ATK-OV7725模块使用OV7725CMOS传感

器，支持RGB、YUY等输出数据格式，镜头加红外滤波光片，对杂光进行滤除。

2.2图像颜色处理

网球服务机器人图像识别主要依靠网球颜色绿色来对网球进行识别定位，一般对颜

色空间的图像进行有效处理都是在HSV空间进行的，然后对于基本色中对应的

HSV分量需要给定一个严格的范围，HSV指的是Hue色调分量，Saturation饱

和度，Intensity明亮度。用角度度量，取值范围为0°～360°，从红色开始按逆时

针方向计算，红色为0°，绿色为120°，蓝色为240°[3]。它们的补色是：黄色为

60°，青色为180°，品红为300°；饱和度S表示颜色接近光谱色的程度。一种颜

色，可以看成是某种光谱色与白色混合的结果。其中光