摘要：娱乐机器人的发展日新月异,乒乓球机器人是一种典型的娱乐机器人。作为乒乓球运动的大国,中国在乒乓球运动的世界里获得了很多荣誉的,但是在乒乓球机器人方面还是相对落后的,需要有更大的投入来缩短差距。

本课题提出一种打乒乓球机器人系统。该系统以图像处理为核心，通过摄像头采集图像信号，然后利用上位机程序对图像信号进行处理。乒乓球坐标识别主要是利用运动物体的运动特性、亮度和颜色等特征进行分割提取,并附加滤波器去除噪声。当采集到多个球坐标后开始计算球运动轨迹和运动速度,然后将计算结果发送给单片机，单片机根据接收到的位置数据来驱动步进电机，步进电机通过同步带使球拍运动到击球点，从而实现整个击球动作。上位机能够实时显示球桌图像、球位置图像和球轨迹图像，并且可以通过设置来更改球面积阈值、采集间隔时间和采集次数等参数。

经过调试，运行稳定，各模块相互配合，实现了简单的击球动作，能够为简单击球训练提供很好的帮助。 

关键词：STM32  图像处理  python

目录

摘要

Abstract

1.绪论-1

1.1研究背景与意义-1

1.2现状分析-1

1.3论文章节安排-2

1.4本章小结-3

2.乒乓球机器人的系统方案设计-4

2.1乒乓球机器人功能介绍-4

2.2乒乓球机器人体系结构与设计框图-4

2.3控制器的方案设计-4

2.4接球装置运动方案设计-5

2.5步进电机的选型-5

2.6系统供电方案设计-6

2.7 图像采集方案设计-6

2.8上位机方案设计-7

2.9本章小结-7

3.乒乓球机器人的硬件设计-8

3.1机械结构设计-8

3.2控制器的电路设计-8

3.2.1主控制器的接口分配-8

3.2.2最小系统设计-9

3.3系统电源的设计-10

3.3.1 24V供电电路-10

3.3.2 3.3V供电电路-10

3.4电机驱动电路设计-10

3.5 USB下载和通信电路-11

3.6本章小结-12

4.乒乓球机器人的软件设计-13

4.1下位机系统程序设计-13

4.1.1 系统时钟设置程序-13

4.1.2 步进电机驱动程序设计-13

4.1.3 下位机串口接收程序设计-14

4.2 上位机程序设计-15

4.2.1上位机界面设计-15

4.2.2上位机串口设计-15

4.2.3上位机参数更新程序设计-16

4.3球坐标检测程序设计-17

4.3.1颜色空间的转换-17

4.3.2边缘检测-17

4.3.3轮廓提取-18

4.3.4形状匹配-19

4.4球轨迹计算和球速计算程序设计-20

4.5坐标修正程序-20

4.6本章小结-22

5.乒乓球机器人的调试-23

5.1乒乓球机器人实物图-23

5.2上位机界面测试-23

5.3球坐标检测程序测试-24

5.4电机运动控制与串口通信程序测试-25

6.总结-26

参考文献-27

附录-28

附录一 总体硬件原理-28

附录二 系统程序-29

致谢-34