适应高职需要的教育机器人软件系统设计与实现

摘要

本项目是在SST公司SST89E516单片机为控制核心的教育机器人平台基础上,设计并实现了全向反射镜与摄像机联合使用的全景视觉系统和踢球装置,通过开发足球机器人软件系统,实现机器人进行2vs2足球竞赛的功能,为高职课程教学和学生技能竞赛服务。
　　 本文根据高职学生基础和需求,将足球机器人软件系统规划为机器人控制软件和图像处理软件两个方面。其中,图像处理软件的功能是根据全景视觉系统采集的图像,实现机器人自定位和识别球、球门和对方机器人等比赛场地信息的功能。机器人控制软件则根据图像处理软件提供的信息,实现机器人运动路径规划和运动控制等功能。
　　 机器人控制软件是针对SST89E516单片机,以单片机的汇编语言或C51语言开发,本文针对需求分析,编写了模块素材库,设计机器人控制软件各模块程序,同时针对常用功能,编写了串口控制、运动控制等6个基本函数库,支持学生直接调用相应子函数,方便学生自行设计机器人控制软件。
　　 图像处理软件采用了基于Windows Xp的Visual C++6.0作为系统的开发工具,分为图像预处理模块、图像分割模块、图像识别模块和机器人自定位模块。在图像预处理模块,设计并实现了离散小波变换的图像平滑算法,并经过综合考虑,选择了HSV和YUV两种颜色空间,尝试同时使用两个颜色空间对彩色全景图像中的颜色进行分类；在图像分割模块,提出了基于线性分类器的混合颜色空间查找表颜色分类算法；在图像识别模块,对于球识别采用基于堆栈的区域生长算法,对于白线点识别提出了改进的基于扫描线亮度分布的波峰识别算法；在机器人自定位模块,提出了粒子滤波和匹配寻优相结合实现机器人的自定位算法。
　　 本文所设计的足球机器人通过了全面测试,并在高职课程教学和机器人竞赛中应用,在第十届广茂达杯全国机器人竞赛中获得2vs2足球竞赛一等奖,充分验证了开发的足球机器人软件系统功能完善,完全达到了预期目标。