基于AI視覺的人形機器人設計

第1章緒論1.1研究目的及意義自上世紀五十年代以來，機器與人力在工業(yè)中得到了應用。機器與人的結合，極大地提高了生產力，并使人類的生活發(fā)生了翻天覆地的變化。由于“機器人”能夠取代“人類”，從事一切“沉重”“危險”的工作，所以，“機器人”已經開始在航空航天，海洋工程，化工工程，安全工程，以及第三工業(yè)中使用?！霸诳梢浴鳖A測的“今后的”歲月中，“機器人”仍將是“工作、旅行和生活中最強大的幫手”。屬于機器人家族中的一個重要分支，它的最大特點是外表的擬人，能夠完成類似人的走路和多種人類的動作，它可以替代人類完成各項工作，而且與日常生活中經常見到的輪式和履帶式的機器人比較起來，它擁有著功耗低，對環(huán)境適應性強，活動空間大，占據(jù)面積小等明顯的優(yōu)點。就像2014年，巴西對陣克羅地亞時，一名巴西的半身癱瘓青年借助來自各國的“人造外部骨骼”學習站立行走，并打入了第一個世界杯賽。。1.2國內外研究現(xiàn)狀當前國內外對于人形機器人的研究都有著不同方面的突破，類人足球機器人比賽是近些年研究課題的一個熱點，它與智能控制、模式識別、信號處理、傳感器技術和無線通信技術等領域密切相關。2022年，胡徐勝、李賽紅、陶彬彬在《基于STM32的循跡足球機器人設計》文中談到當前視覺大體上可以分為生物視覺和機器視覺。生物視覺是指地球上的生物用眼睛來觀測事物的波長，由大腦皮層做視覺處理，獲取事物信息。與之類似，將人類用眼睛觀測事物由大腦處理的過程改用圖像傳感器采集，經由計算機處理，實現(xiàn)對事物的認知和理解，該過程稱為機器視覺[1]。2019年，趙爽在《小型足球機器人的模塊化設計與運動控制研究》文中講到，足球機器人首先通過圖像傳感器檢測路面上的白線，將檢測到的路面信息發(fā)生給微處理器，微處理器將圖像傳感器檢測到的路面信息經過分處理、分析和決策，最后得出PID參數(shù)來控制電機轉速，確定足球機器人的方向以及接下來的行駛路線[2]。2022年，殷晶晶在《RoboCup類人足球機器人智能控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)》文中介紹了機器視覺的發(fā)展仍處于起步階段，機器視覺產品的應用也多集中于低端產品，且多數(shù)需要從臺灣和國外進口。但是隨著我國經濟的發(fā)展，基礎配套設施不斷完善[3]。2020年，CuiQinWu、YinFengWu在《ResearchandDesignofCentralizedMicroSoccerRobot'sDecision-MakingSystem》文章中講到機器人與外界溝通的方式是借助各種各樣的傳感器，而視覺傳感器就是機器人的眼睛，可以幫助機器人獲取外部環(huán)境的信息，從而提高機器人對外部環(huán)境的適應能力，最終達到在沒有人類參與和協(xié)助的情況下，模仿或代替人類的行為[16]。2019年，Pamungkas,RizkiAdhi、Maulana,Arbayu在《WiFiDataCommunicationSystemDesignforWheeledSoccerRobotController》文中講到為了進一步確定循跡足球機器人系統(tǒng)是否可行，在實驗室構建了這個循跡足球機器人，足球機器人使用的主要模塊包括藍牙模塊、電機驅動模塊和OV7670圖像傳感器模塊[17]。2021年，XiaoGuangLi、LiKang在《ResearchontheOptimalDesignofSoccerRobotBasedontheMechanicalAnalysis》文中談論到AlanMackworth是加拿大不列顛哥倫比亞大學的教授，他最早提出讓機器人之間進行足球比賽的構想。機器人足球比賽作為一項機器人之間的復雜的高科技對弈項目，是檢驗機器人性能的實驗平臺，吸引著眾多的科研工作者孜孜不倦的投身其中[18]。綜上所述，隨著我國制造業(yè)的持續(xù)高速發(fā)展，對高集成度的半導體芯片的需求將越來越大，隨著機器視覺技術的不斷深入，與之配套的產品將越來越多，從低端向高端轉變。雖然我們正在慢慢地進步，但對于智能汽車的研究顯得尤為關鍵。在每一次競賽中，都有智能化小車的身影，因此，對此課題的學習也是十分關注的。這一點很重要。以此為依據(jù)，我的老師們才能勝任。該問題屬于問題范疇，屬于與科學研究相關的技術層次的綜合問題。該設計可以準確地展示行駛速度的小車，具有自動尋軌、避障等特殊的功能，可以對小車的速度進行有效的控制，并且可以實現(xiàn)準確的定點停車。該項目涉及到了一些技術方面的研究，通過對項目的研究，能夠有效地完成任務。。1.3主要研究內容基于此，本課題擬開展一批基于AI視覺的類人機器人研究。論文從總體上介紹了整個足球機器人的組成與總體結構，然后詳細討論了基于該部分的足球機器人的小車控制系統(tǒng)的硬件部分，并詳細介紹了小車控制系統(tǒng)中的五個主要部分：徽控制系統(tǒng)、電機與電機驅動系統(tǒng)、轉速探測系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、電源系統(tǒng)。本文在充分調研的基礎上，分析了國內外在這方面的發(fā)展現(xiàn)狀，提出一種基于復合可編程邏輯器件的系統(tǒng)硬件基礎結構，它可以對兩個正交脈沖進行鑒相、四倍頻以及對兩個正交脈沖進行計數(shù)。將該方法用于電機速度的控制，便于實現(xiàn)更為精確、更為高級的控制算法，發(fā)揮出更大的效能。實驗結果證明，這種方法可以提高機器人的操作準確度和柔軟性。。第2章系統(tǒng)的總體結構2.1設計方案論文首先介紹了整個機器人足球系統(tǒng)的組成和總體結構然后詳細的論述了基于的足球機器人小車控制器的硬件設計方案，對小車的徽控制器、電機和電機驅動、速度檢測、通訊單元和電源五個部分進行了全面的描述。在對國內外足球機器人小車開發(fā)現(xiàn)狀的廣泛調研基礎上，提出了一種基于和復雜可編程邏輯器件的硬件基本框架，器件完成兩路正交脈沖的鑒相、四倍頻和計數(shù)的方案。這樣將的主要用于電機的速度控制，以便于實現(xiàn)高級復雜的控制算法，充分發(fā)揮的作用。圖2-1系統(tǒng)總體結構框圖2.2技術路線（1）硬件部分需要單片機K210、傳感器、舵機、藍牙遠程APP模塊；（2）軟件平臺程序用keil5；（3）畫原理圖用AD；（4）編程語言用C語言；（5）用戶信息顯示查看；2.3單片機型號選擇endryteK210是64位單核處理器，由臺積電28納米制程制造，具有較小的能耗，較高的穩(wěn)定度和較高的性能。本項目所設計的芯片不僅適用于人工智能領域，而且適用于物聯(lián)網領域。Kendryte其中文意為“勘智”，意為“勘智”，意為“勘智”，其主要應用領域為物聯(lián)網，故名“勘智”。這款芯片的作用，主要就是解決人工智能問題，還有一個名字叫做“探智”。就像是一臺機器。有機械聽覺的。在低功耗下提高了視覺處理的精確度。本項目擬開發(fā)一款新型卷積神經網絡硬件加速器KPU，在-40℃-125℃下，實現(xiàn)TSMC28nm先進工藝，并能在-40℃-125℃下穩(wěn)定可靠地工作。支持固件加密功能，獨特的可編程輸入輸出陣列難以攻破，為產品設計提供了更大的靈活性。具有比同等運算容量的系統(tǒng)低得多的電壓。支持3.3V/1.8V，無需轉換等級，節(jié)約成本。圖2-1K210單片機最小系統(tǒng)原理圖第3章系統(tǒng)的硬件部分設計3.1系統(tǒng)總體設計本課題設計了一套基于AI視覺的人形機器人設計。論文首先介紹了整個機器人足球系統(tǒng)的組成和總體結構然后詳細的論述了基于的足球機器人小車控制器的硬件設計方案，對小車的徽控制器、電機和電機驅動、速度檢測、通訊單元和電源五個部分進行了全面的描述。圖3-1總體原理圖3.2系統(tǒng)的主要功能模塊設計3.2.1LCD顯示屏模塊設計\o""液晶顯示器，或稱LCD（LiquidCrystalDisplay），\o""是一種極細的平板，包含了一定量的彩色像素或黑白像素，放置在一個光源前面或前面。LCD只需很小的電量，這一點是很受工程師歡迎的，因為它可以作為后備電池使用。它的基本原理就是通過電流來激發(fā)液晶分子，使其在屏幕上呈現(xiàn)出點、線、面的形狀，從而使背景照明系統(tǒng)在屏幕上顯示出來。盡管不同的商品種類、不同的工作原理，但LCD與CRT都有一個相同的追求，那就是獲得優(yōu)良的顯示性能。結構和產品體積：常規(guī)的CRT型顯示器，一定要通過發(fā)射到屏幕，所以它的管不能過長，如果屏幕放大，就一定要擴大體積。T則是利用顯示屏上的電子板，來對其進行變化，從而實現(xiàn)顯示。雖然屏幕放大了，但是它只需要將水平面積增大就可以了，但是其體積并不會有很大的增加，反而要比器更輕。與此同時，TFT因為功耗只被用在板和驅動IC上，所以消耗的電能比較少。輻射和傳統(tǒng)的顯示器由于采用電子槍發(fā)射電子束打到屏幕產生。雖然有一些先進的技術可將輻射降到最小，但仍然不能完全根除。TFT液晶顯示器則不必擔心這一點。至于波的干擾，TFT液晶顯示器只有來自\t"/item/LCD%E6%B6%B2%E6%99%B6??%E6%98%BE%E7%A4%BA%E5%99%A8/_blank"驅動電路的少量電磁波，只要將外殼嚴格密封就可使電磁波不外泄，而CRT顯示器為了散熱不得不在機體上打出散熱孔，所以必定會產生電磁干擾。屏幕平坦度和分辨率：TFT液晶一開始就采用純平面的璃板，所以平坦度要比大多數(shù)CRT顯示器好得多，當然有了純平面的CRT彩顯。在分辨率上，TFT卻遠不如CRT顯示器，雖然從理論上講它可提供更高的分辨率，但事實卻不是這樣。顯示效果：傳統(tǒng)CRT顯示器是通過電子槍打擊因而顯示的度比液晶的透光式顯示要好得多，在角度上CRT也要比TFT好一些，在顯示反映速度上，CRT與TFT相差無幾。液晶的物理特性是：當通電時導通，排列變的有秩序，使光線容易通過；不通電時排列混亂，阻止光線通過。讓液晶如閘門般地阻隔或讓光線穿透。從技術上簡單地說，包含了兩片相當精致的無鈉玻璃素材，稱為Substrates，中間夾著一層液晶。當光束通過這層液晶時，液晶本身會排排站立或扭轉呈不規(guī)則狀，因而阻隔或使光束順利通過。大多數(shù)液晶都屬于有機復合物，由長棒狀的分子構成。在狀態(tài)下，這些棒狀分子的長軸大致平行。將液晶倒入一個經精良加工的開槽平面，液晶分子會順著槽排列，所以假如那些槽非常平行，則各分子也是完全平行的。LCD技術是把液晶灌入兩個列有細槽的平面之間。這兩個平面上的槽互相垂直(相交成90度)。也就是說，若一個平面上的分子南北向排列，則另一平面上的分子東西向排列，而位于兩個平面之間的分子被強迫進入一種90度扭轉的狀態(tài)。由于光線順著分子的排列方向傳播，所以光線經過液晶時也被扭轉90度。但當液晶上加一個電壓時，分子便會重新排列，使光線能直射出去，而不發(fā)生任何扭轉。LCD是依賴極化(片)和光線本身。自然光線是朝四面八方隨機發(fā)散的。極化濾光器實際是一系列越來越細的行線。這些線形成一張網，阻斷不與這些線平行的所有光線。極化濾光器的線正好與第一個垂直，所以能完全阻斷那些已經極化的光線。只有兩個濾光器的線完全平行，或者光線本身已扭轉到與第二個極化濾光器相匹配，光線才得以穿透?？偨Y下來LED液晶的優(yōu)點：LED液晶電視有省電、環(huán)保、色彩更真實的優(yōu)勢，為了創(chuàng)造更優(yōu)質畫面構造，新技術采用了用獨有TFT型Active素子進行驅動。圖3-2LCD顯示屏原理圖3.2.2舵機模塊設計PWM(PulseWidthModulation)，英文名稱為PWM(PulseWidthModulation)，簡稱為PWM(PWM)，即利用一組脈沖的長度，將其等效為所需的波形（包括波形和振幅），來實現(xiàn)對模擬信號的數(shù)字化編碼，即調整占空比對信號和能量的改變，即在一個循環(huán)中，信號在高電平的時刻所占的比例，比如方波的占空比對為50%。通過給伺服機發(fā)出一個控制訊號，伺服機的輸出軸會轉動到指定的位置。在此過程中，如果所需的控制訊號是恒定的，則該伺服系統(tǒng)將維持所需的轉動角和位置。當輸入信號改變時，則需要改變輸出軸的位置。在現(xiàn)實生活中，轉向機構經常應用于飛機、汽車和機器人等領域。轉向器在機械臂的應用中是很重要的。由于操縱桿本身就有內部的控制回路，所以操縱桿的體積不大，輸出功率也足夠大。標準方向盤，如福塔巴S-148，可輸出0.3牛·米的轉矩，就其體積而言，這個功率相當可觀。而轉向器的能耗則與其所承載的負載呈線性關系。所以，一個輕便的操縱器系統(tǒng)所需的能源并不多。在操縱臺的內部，操縱臺的控制線路、電位儀（變阻器）及馬達都與一塊電路板相連，見右側的內部構造圖。在控制回路中，可以利用電位傳感器對操縱器的轉角進行監(jiān)測。若主軸的位置符合指令，則馬達停止運轉。若控制回路發(fā)覺此角不對，則將使電機旋轉至設定的角為止。轉向器的角度隨廠家而變化。例如，180°的操縱器，能夠在0°到180°的范圍內移動。因為限制器是固定在主要的輸出器上的，超過此限制后，機構將不再旋轉。轉向器能提供與其所需旋轉的長度直接相關的動力。當輸出軸要旋轉一段很遠時，電機將處于最大轉速，而當電機僅旋轉一段很短時，電機將處于低速狀態(tài)，也就是所謂的轉速成正比。采用了控制線路進行轉角控制。該角度取決于一個被稱為PulseCodingModulation(PulseCodingModulation，簡稱為PulseCodingModulation）的寬度。執(zhí)行器的工作通常要求時間周期為20ms，高電平段在0.5ms-2.5ms之間，時間周期為2ms。脈沖的寬度將確定電機旋轉的范圍。比如：在1.5ms的時間內，電動機會發(fā)生90度的偏轉（一般稱之為中性偏轉，180度操縱器則是90度偏轉）。若脈寬在1.5ms以下，則馬達的軸線指向0°。若脈寬超過1.5msec，則軸的方向為180°。。圖3-3舵機原理圖3.2.3TF內存卡模塊設計MicroSD卡片，又稱TF卡片，在2004年被官方改名為MicroSD卡片，是閃迪（FlashDisk）開發(fā)出來的，其用途是在手機上。在MicroSD系統(tǒng)出現(xiàn)以前，大部分的手機廠商都是以內置的形式存在，這種模塊安裝起來很簡單，但也有一個問題，那就是不能滿足市場的需要，因為它的存儲空間有限，沒有足夠的空間來進行升級。MicroSD模仿SIM卡的使用方式，也就是相同的卡可以使用在各種類型的手機上，使得手機生產商不再為插卡式的開發(fā)和設計而煩惱。一張微型SD卡足夠稱得上是一個便攜式存儲芯片了。Micro卡片是一種很小的閃存卡片，它的形式來自于SanDisk，最初被命名為T-h，后來被命名為TransFlash。之所以改名為MicroSD，是由于它被SD學會所采納。SDA所使用的其它存儲器卡片有迷你SD和SD卡片。由于其尺寸較小，且存儲能力較強，目前已被用于裝置、便攜式播放裝置及某些碟片上。這張卡片只有十五毫米×十一毫米×一毫米，只有指甲蓋那么大，是目前最小的一張。還可以與SD卡口相連接，用于SD卡口。目前MicroSD卡的容量為128Mbps,256Mbps,512Mbps,1G,2G,4G,8G,16G,32G,64G,128G（閃迪）在2014WC大會上，突破了64G的極限，推出了128G的MicroSDXC記憶卡。安全數(shù)字記憶卡（SD）是日本松下（Sony）、東芝（Toshiba）和美國K公司（KK）在MMCMulti介質卡（SD）的基礎上，于一九九九年八月聯(lián)合開發(fā)而成的一款多用途記憶卡。SD卡是以半導體快閃存儲器為基礎的一種新一代存儲器，因為其體積小、數(shù)據(jù)傳輸速度快、可拔、大容量等優(yōu)點，被廣泛用于諸如詞典、移動電話、數(shù)碼相機等便攜式產品中。SD卡標準是SD卡業(yè)為一種可拆式儲存裝置而發(fā)明的技術，它的目的在于設定卡片的外部尺寸，電子介面以及通訊協(xié)定。在SD卡3.0規(guī)范中，SD卡的理論最大容量可達到2TB，理論最大讀寫速度可達到104MB/s（在最新的4.10規(guī)范中，理論最大讀寫速度已提高到312MB/s)，并且MicroSD卡是SD類型中，尺寸為15mm*11mm*1mm的一種SD卡。若將SD卡的上述優(yōu)點運用到自動測試監(jiān)控系統(tǒng)，如對診斷測試數(shù)據(jù)、衛(wèi)星載荷數(shù)據(jù)、導彈掛飛載荷數(shù)據(jù)的儲存，將為當前自動測試監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)儲存提出新的可行的解決辦法，對實現(xiàn)小型化、大容量、高速?率的數(shù)據(jù)儲存有著不可取代的重要意義。圖3-4TF內存卡原理圖3.2.4GC0328攝像頭模塊設計攝像頭（CAMERA或WEBCAM）也叫電腦相機、腦眼、電子眼等，它是一種視頻裝置，在視頻會議、治療及等領域有很大的應用。普通人也可以在網上用相機互相交流，有圖像，有聲音。此外，它也可以被應用到目前最受歡迎的像，視頻，視頻等處理中。相機的工作原理是：將景物通過透鏡（LENS）生成的投影到感器表面上，之后轉為號，經（D）轉換后變成像信號，再將其送到數(shù)字（DSP）中進行加工，再由口傳送到計算機中進行處理，最后由顯示器進行顯示。

GC0328的解析度為640Vx480H,1/6.5“的光學畫幅，4個晶體管的象素配置，使畫質更好，噪音更小。它利用了10位模擬數(shù)字轉換器芯片上的設計，以及嵌入的圖像信號處理器，為用戶帶來了優(yōu)異的圖像品質。由于對高性能和低能耗功能的充分整合，GC0328非常適用于設計，大大降低了實際使用的時間，延長了手機、PDA和多種移動應用的電池續(xù)航時間。圖3-5GC03228攝像頭原理圖3.2.5超聲波測距模塊設計超聲波傳感器是根據(jù)超聲波的一些特性制造出來的，用于完成對超聲波的發(fā)射和接收，內部的換能晶片受到電壓的激勵而發(fā)生振動產生超聲波，超聲波的頻率高、波長短、方向性好、可以線性傳播、對液體或者固體有不錯的穿透效果，比如一些不透明的物體，超聲波可以穿透幾十米，而且它在遇到雜質等等物體時會發(fā)生反射現(xiàn)象，從而產生回波。想要用超聲波完成檢測工作，必須要有一個既可以發(fā)出超聲波又可以接收超聲波的裝置，能實現(xiàn)這樣功能的裝置我們稱為超聲波傳感器，也叫作超聲波換能器或者超聲探頭。超聲波傳感器內部的主要部件是壓電晶片，它在受到電壓的刺激時就可以發(fā)射超聲波，然后由接收端進行接收。小功率超聲波傳感器大多用來進行檢測，例如一些導盲、坐姿矯正的產品，應用的就是小功率傳感器，大功率的超聲波傳感器在生活中并不常見。超聲波傳感器有許多不同的結構，可分直探頭、斜探頭、表面波探頭、蘭姆波探頭、雙探頭（一個用來發(fā)射、一個用來接收）等。超聲波傳感器主要由發(fā)送部分、接收部分、控制部分和電源部分構成。其中，發(fā)送部分由發(fā)送器和換能器構成，換能器可以將壓電晶片受到電壓激勵而進行振動時產生的能量轉化為超聲波，發(fā)送器將產生的超聲波發(fā)射出去；接收部分由換能器和放大電路組成，換能器接收到反射回來的超聲波，由于接收超聲波時會產生機械振動，換能器可以將機械能轉換成電能，再由放大電路對產生的電信號進行放大；控制部分就是對整個工作系統(tǒng)的控制，首先控制發(fā)送器部分發(fā)射超聲波，然后對接收器部分進行控制，判斷接收到的是否是由自己發(fā)射出去的超聲波，最后識別出接收到的超聲波的大小；電源部分就是整個系統(tǒng)的供電裝置。這樣，在電源作用下、在控制部分控制下，發(fā)送器與接收器兩者協(xié)同合作，就可以完成傳感器所需的功能。為了方便對超聲波的研究和利用，人們設計出了許多種類的超聲波發(fā)生器，各種發(fā)生器中超聲波的產生方式不同，有電氣方式也有機械方式，所以用途也不盡相同。每一種發(fā)生器都有自己的應用范圍，但是就目前來講，被普遍使用的還是壓電式超聲波發(fā)生器。壓電式超聲波發(fā)生器的關鍵部分是內部的壓電晶片，主要是利用壓電晶片的諧振來工作，發(fā)生器內部有兩個壓電晶片和一個共振板。在發(fā)生器的兩電極之間外加一個脈沖信號，當外加信號的頻率與壓電晶片的頻率相等時，壓電晶片就會發(fā)生振動，同時也會帶動共振板進行振動，這時就會產生超聲波，這就是超聲波發(fā)生器的發(fā)送端；但是如果發(fā)生器的兩電極之間沒有外加脈沖信號，而共振板又接收到了發(fā)射的超聲波時，就會迫使壓電晶片發(fā)生振動，然后產生的機械能轉換為電信號，這就是超聲波發(fā)生器的接收端。由超聲波測距的公式可知，測距時誤差產生的原因主要為超聲波在介質中的傳播速度和測量距離時超聲波傳播所需要的時間。假設要求測量距離時的誤差小于1mm，已知超聲波在空氣中的傳播速度C=344m/s(20℃室溫)，忽略掉超聲波的傳播誤差。測距誤差s△t<(0.001/344)≈0.000002907s即2.907μs。所以，只要保證測距時的時間誤差精度在微妙時，就可以讓測量誤差小于1mm。超聲波的傳播速度與介質的密度有關，密度越高的時候超聲波的傳播速度也就越快，當介質為空氣時，空氣的密度又與溫度有關，因此超聲波的傳播速度受溫度影響。在利用超聲波測距時還要考慮環(huán)境因素，其中最為主要的就是溫度的影響，在0℃和30℃時，超聲波的速度明顯不同。因此，在進行高精度測量時，應考慮到溫度變化的影響。圖3-6超聲波測距第4章系統(tǒng)的軟件設計4.1軟件的主要流程基于的足球機器人小車控制器的硬件設計方案，對小車的徽控制器、電機和電機驅動、速度檢測、通訊單元和電源五個部分進行了全面的描述。在對國內外足球機器人小車開發(fā)現(xiàn)狀的廣泛調研基礎上，提出了一種基于和復雜可編程邏輯器件的硬件基本框架，器件完成兩路正交脈沖的鑒相、四倍頻和計數(shù)的方案。這樣將的主要用于電機的速度控制，以便于實現(xiàn)高級復雜的控制算法，充分發(fā)揮的作用。實現(xiàn)的功能如下，上位機：1.功能選擇2.接收回傳的畫面；3.可進行控制下位機移動下位機：1.攝像頭實時采集畫面；2.接收上位機指令控制移動；3.機器人可完成人臉識別功能；4.機器人可完成顏色追蹤功能；5.機器人可完成自動踢球功能；圖4-1總體軟件流程圖4.2移動模塊的軟件設計整個系統(tǒng)通電后進行AI識別以及超聲波測距，通過對球的位置判定，進行AI處理，最后下位機進行相應的移動。圖4-2機器人移動軟件流程圖4.3顏色追蹤模塊軟件的設計整個系統(tǒng)通電后進行AI識別，通過對球的顏色判定，進行AI處理，最后下位機通過舵機進行相應顏色追蹤。圖4-3顏色追蹤軟件流4.4踢球模塊軟件的設計整個系統(tǒng)通電后進行AI識別，通過對球的顏色以及超聲波測距判斷球的位置進行相應移動，最后下位機通過舵機實現(xiàn)踢球動作。圖4-4踢球軟件流程圖第5章系統(tǒng)測試5.1系統(tǒng)實物圖對小車的徽控制器、電機和電機驅動、速度檢測、通訊單元和電源五個部分進行了全面的描述。在對國內外足球機器人小車開發(fā)現(xiàn)狀的廣泛調研基礎上，提出了一種基于和復雜可編程邏輯器件的硬件基本框架，器件完成兩路正交脈沖的鑒相、四倍頻和計數(shù)的方案。這樣將的主要用于電機的速度控制，以便于實現(xiàn)高級復雜的控制算法，充分發(fā)揮的作用。圖5-1總體實物圖5.2各項測試這個系統(tǒng)通電后進行AI識別，通過對球的顏色判定，進行AI處理?，最后下位機通過舵機進行相應顏?色追蹤?。通過超聲波測距對球的位置判定?，進行AI處?理，最后下位機進行?相應的移動。通過對球的顏色以及超聲波測距判斷球的位置進行相應移動，最后下位機通過舵機實現(xiàn)踢球動作。圖5-2實物通電測試第6章總結與展望在整個設計過程中，硬件方面主要設計了單片機的最小系統(tǒng)、電機驅動電路、傳感器測量電路。軟件方面借助各個渠道的資料，進行程序的編程來實現(xiàn)我們各個模塊的功能搭建。系統(tǒng)的調試主要是通過一塊開發(fā)板，再借助于Keil、K210以及少許自己搭建的外圍電路實現(xiàn)的；集中調試時達到預期效果。此設計具有讀顯示直觀、功能多樣、電路簡潔、成本低廉等諸多優(yōu)點，符合電子儀器儀表的發(fā)展趨勢，具有廣闊的市場前景。通過對系統(tǒng)的布設和完善，最終完成的基于AI視覺的人形機器人設計統(tǒng)預期有如下成果：上位機：1.功能選擇2.接收回傳的畫面；3.可進行控制下位機移動下位機：1.攝像頭實時采集畫面；2.接收上位機指令控制移動；3.機器人可完成人臉識別功能；4.機器人可完成顏色追蹤功能；5.機器人可完成自動踢球功能；未來展望：為了畫出自己滿意的電路圖，圖表等，我仔細學習了繪圖技術。在設計電路初期，由于沒有設計經驗，覺得無從下手，空有很多設計思想，卻不知道應該選哪個，經過導師的指導，我的設計漸漸有了頭緒,通過查閱資料，逐漸確立系統(tǒng)方案。畢業(yè)設計對于每個大學生來說是一門必修課程，在大學這一個求學階段只有一次。完成了電路設計這一部分的工作內容，我覺得自己將曾經學習過的知識再次學習了一遍，對于各個元器件的設計規(guī)則，又有了進一步的熟悉。在這個的過程中，每一步都是自己親自做過的,遇到的問題也非常多，在經過遇到問題，思索問題到解決問題的過程中，收獲是最多的。以往沒有注意到的問題，都在這一次的畢業(yè)設計中得以體現(xiàn)，這培養(yǎng)了我的細心，耐心和專心。指導老師給予的指導、同學的幫助讓我受益良多，無論是理論工作上的計算，還是實際的操作，老師都給我們做了詳細的分析，讓我在設計各個量時更能理論結合實際，更合理的進行安排設計。但此次設計的基于AI視覺的人形機器人也存在不足的地方，以后有待改進。參考文獻[1]胡徐勝;李賽紅;陶彬彬.基于STM32的循跡足球機器人設計[P].遼寧工業(yè)大學學報(自然科學版)2022.[2]趙爽.小型足球機器人的模塊化設計與運動控制研究[C].西南交通大學.2019.[3]高海丹.RoboCup類人足球機器人智能控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[C].東南大學.2022.[4]趙越.小型足球機器人軟件系統(tǒng)設計及軌跡學習[M].浙江大學,2020.[5]席文平.基于視覺的類人足球機器人決策系統(tǒng)的設計[P].遼寧工業(yè)大學,2021.[6]王學慧;柳林.足球機器人小車總體設計思想及其單片機選型[M].機器人技術與應用,2021.[7]曹衛(wèi)華;吳敏;陳鑫.基于DSP控制的足球機器人小車的設計與實現(xiàn)[P].機器人技術與應用,2019.[8]羅歡;張健;席文平.基于ZigBee技術的足球機器人通信系統(tǒng)設計[P].無線電工程.2019.[9]曹盛林.基于單片機的足球機器人設計[J].南方農機.2019.[10]周坤龍. 基于多智能體強化學習的足球機器人決策系統(tǒng)研究與設計[M].哈爾濱工業(yè)大學.2019.[11]國棟.C語言實用教程[M].成都:電子科技大學出版社.2015.[12]陳乾輝.AI智能系統(tǒng)的研究與設計[J].北京工業(yè)大學學報,2017,(28):267-270[13]趙全良.基于單片機的智能小車設計基礎[M].西安.高等西安電子科技大學.2016：192-200.[14]王光英.模擬電子技術基礎[M].北京:高等教育出版社.2019:28-36.[15]茅豐.基于單片機的智能小車設計[D].上海:上海交通大學碩士學位論文.2017:43-44.[16]CuiQinWu;;YinFengWu. ResearchandDesignofCentralizedMicroSoccerRobot'sDecision-MakingSystem.[M].2020.[17]Pamungkas,RizkiAdhi;;Maulana,Arbayu. WiFiDataCommunicationSystemDesignforWheeledSoccerRobotController.2019. [18]XiaoGuangLi;;LiKang.ResearchontheOptimalDesignofSoccerRobotBasedontheMechanicalAnalysis.2021.[19]ShingoCHIHARA;KuniakiKawabata;HajimeASAMA.PracticalSystemDesignandImplementationforSoccerRobotPlatform[P].M2Presswire.2022.[20]Kasaei,SeyedHMohades;;Kasaei,Mohammadreza. Designandimplementationofafullyautonomoushumanoidsoccerrobot.2020.附錄電路圖

源代碼#AprilTags示例##此示例顯示了OpenMVCam在OpenMVCamM7上檢測April標簽的強大功能。#OpenMV2M4版本無法檢測April標簽。importsensor,image,time,mathimportlcdfromMaiximportGPIOfromfpioa_managerimportfmfrommachineimportTimer,PWM#CarimportCar_DrivefrommachineimportUARTimportHC_SR04_Drive########################################Sys-config##############################################SYS_Status='END'#系統(tǒng)狀態(tài)Tag_Enter={0:{'family':'TAG16H5','ID':'0'},1:{'family':'TAG16H5','ID':'1'}}#Tag_Enter={'family':'-','ID':'-'}Tag_Current={'family':'-','ID':'-','CX':0,'CY':0}Distance_f_cm=0.0############################################################################################################################################Pin-config###############################################BEEP3.3vVCC，Pin控GND，低電平響PIN_BEEP=9#SG90(360°)5vVCCPIN_SG90_1_C=10PIN_SG90_2_C=11#KEYPIN_KEY_0=15PIN_KEY_1=16PIN_KEY_2=17#HC_SR045vVCCMCU_TX_HC_SR04_RX=20#引腳配置(Trig)MCU_RX_HC_SR04_TX=21#引腳配置(Echo)#狀態(tài)參數(shù)_BEEP__OPEN=const(0)_BEEP_CLOSE=const(1)#########################################################################################################################################蜂鳴器######################################################fm.register(PIN_BEEP,fm.fpioa.GPIO0)#構建BEEP對象，并初始化輸出高電平，關閉BEEPBEEP=GPIO(GPIO.GPIO0,GPIO.OUT,value=1)#建立BEEP狀態(tài)變量--初值：關BEEP_Status=_BEEP_CLOSE#關閉蜂鳴器BEEP.value(BEEP_Status)###############################################################################################################################################Car#################################################tim1=Timer(Timer.TIMER0,Timer.CHANNEL0,mode=Timer.MODE_PWM)#PWM通過定時器配置tim2=Timer(Timer.TIMER0,Timer.CHANNEL1,mode=Timer.MODE_PWM)#PWM通過定時器配置SG90_1=PWM(tim1,freq=50,duty=0,pin=PIN_SG90_1_C)#右輪SG90_2=PWM(tim2,freq=50,duty=0,pin=PIN_SG90_2_C)#左輪Car=Car_Drive.Car_Drive(SG90_1,SG90_2)Car.Init()#Car.Turn_Right()#while1:#1#Car.Turn_Left()#####################################################################################################Tag_Enter={'family':'-','ID':'-'}#Tag_Current={'family':'-','ID':'-'}###########################################KEY###################################################按鍵1--學習標簽#fm.register(16,fm.fpioa.GPIOHS0)#注冊IO-KEY#KEY_Enter=GPIO(GPIO.GPIOHS0,GPIO.IN,GPIO.PULL_UP)#構建KEY對象#defexit_KEY_Enter_fun(KEY_Enter):#KEY_0中斷回調函數(shù)#globalSYS_Status#globalTag_Enter,Tag_Current#time.sleep_ms(10)#消除抖動#ifKEY_Enter.value()==0:#確認按鍵按下#print('正在錄入--111')#ifSYS_Status=='END':#print('正在錄入--222')#ifTag_Current['family']!='-'andTag_Current['ID']!='-':#Tag_Enter['family']=Tag_Current['family']#Tag_Enter['ID']=Tag_Current['ID']#KEY_Enter.irq(exit_KEY_Enter_fun,GPIO.IRQ_FALLING)#開啟中斷，下降沿觸發(fā)#按鍵2--系統(tǒng)fm.register(17,fm.fpioa.GPIOHS2)#注冊IO-KEYKEY_Sys=GPIO(GPIO.GPIOHS2,GPIO.IN,GPIO.PULL_UP)#構建KEY對象defexit_KEY_Sys_fun(KEY_Sys):#KEY_2中斷回調函數(shù)globalSYS_StatusglobalTag_Entertime.sleep_ms(10)#消除抖動ifKEY_Sys.value()==0:#確認按鍵被按下ifSYS_Status=='END':SYS_Status='RUN'else:SYS_Status='END'KEY_Sys.irq(exit_KEY_Sys_fun,GPIO.IRQ_FALLING)#開啟中斷，下降沿觸發(fā)##############################################################################################################################################HC_SR04#################################################fm.register(MCU_TX_HC_SR04_RX,fm.fpioa.UART1_TX,force=True)fm.register(MCU_RX_HC_SR04_TX,fm.fpioa.UART1_RX,force=True)uart=UART(UART.UART1,9600,read_buf_len=10240)HC_SR04=HC_SR04_Drive.HC_SR04(uart)HC_SR04.Init()#Distance_f_cm=HC_SR04.Rece_Data_Handle()####################################################################################################circle_flag=0circle_count=0##########################################Tim###################################################定時器回調函數(shù)周期100msdeffun(tim):globalSYS_StatusglobalDistance_f_cmglobalTag_Enter,Tag_Currentglobalcircle_flag,circle_countifcircle_flag==1:circle_count=circle_count+1ifcircle_count>=150:#左輪轉15秒circle_count=0circle_flag=0else:circle_count=0#定時器0初始化，周期10mstim=Timer(Timer.TIMER1,Timer.CHANNEL0,mode=Timer.MODE_PERIODIC,period=100,callback=fun)####################################################################################################lcd.init()sensor.reset()sensor.set_pixformat(sensor.RGB565)sensor.set_framesize(sensor.QQVGA)#如果分辨率更大，我們的內存會耗盡...(160*120)sensor.set_hmirror(True)#水平方向旋轉，即：鏡像sensor.set_vflip(1)#垂直方向旋轉sensor.skip_frames(time=2000)sensor.set_auto_gain(False)#必須關閉此功能，以防止圖像沖洗…sensor.set_auto_whitebal(False)#必須關閉此功能，以防止圖像沖洗…lcd.rotation(0)#調整屏幕方向clock=time.clock()#注意！與find_qrcodes不同，find_apriltags方法不需要對圖像進行鏡頭校正#apriltag代碼最多支持可以同時處理6種tag家族。#返回的tag標記對象，將有其tag標記家族及其在tag標記家族內的id。tag_families=0tag_families|=image.TAG16H5#注釋掉，禁用這個家族#tag_families|=image.TAG25H7#注釋掉，禁用這個家族#tag_families|=image.TAG25H9#注釋掉，禁用這個家族#tag_families|=image.TAG36H10#注釋掉，禁用這個家族#tag_families|=image.TAG36H11#注釋掉以禁用這個家族(默認家族)#tag_families|=image.ARTOOLKIT#注釋掉，禁用這個家族deffamily_name(tag):if(tag.family()==image.TAG16H5):return"TAG16H5"if(tag.family()==image.TAG25H7):return"TAG25H7"if(tag.family()==imag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