讓機(jī)器人跟蹤抱球項(xiàng)目10CONTENT目錄項(xiàng)目導(dǎo)入01項(xiàng)目任務(wù)02學(xué)習(xí)目標(biāo)03知識(shí)鏈接04項(xiàng)目準(zhǔn)備05任務(wù)實(shí)施06任務(wù)評(píng)價(jià)07任務(wù)拓展08項(xiàng)目小結(jié)09項(xiàng)目導(dǎo)入01現(xiàn)實(shí)生活中，機(jī)器人通過捕捉對(duì)象運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而做出正確的自主反應(yīng)，這是機(jī)器人的一種常用功能，例如商場自動(dòng)跟隨的購物車機(jī)器人，室外自動(dòng)跟隨的散步跟隨機(jī)器人等。體育賽事實(shí)時(shí)播報(bào)機(jī)器人也有如圖的應(yīng)用。項(xiàng)目導(dǎo)入14CONTENT目錄項(xiàng)目導(dǎo)入01項(xiàng)目任務(wù)02學(xué)習(xí)目標(biāo)03知識(shí)鏈接04項(xiàng)目準(zhǔn)備05任務(wù)實(shí)施06任務(wù)評(píng)價(jià)07任務(wù)拓展08項(xiàng)目小結(jié)09項(xiàng)目任務(wù)02項(xiàng)目任務(wù)17在距離機(jī)器人1m，與機(jī)器人攝像頭相同水平高度的位置，放一個(gè)直徑10cm的紅色小球，低速移動(dòng)紅色小球。機(jī)器人端完成以下具體功能點(diǎn)：機(jī)器人自動(dòng)對(duì)目標(biāo)物體紅色小球進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤識(shí)別，且使用綠色圓形框，將識(shí)別到的小球輪廓圈起來同時(shí)機(jī)器人自行進(jìn)行距離判斷，實(shí)時(shí)判斷離目標(biāo)物體紅色小球的距離和方位再然后對(duì)紅色小球進(jìn)行跟蹤移動(dòng)，直到靠近目標(biāo)物體紅色小球，將紅色小球抱起，即為完成跟蹤抱球動(dòng)作期間按‘q’，可以退出此應(yīng)用程序，中止跟蹤抱球的任務(wù)CONTENT目錄項(xiàng)目導(dǎo)入01項(xiàng)目任務(wù)02學(xué)習(xí)目標(biāo)03知識(shí)鏈接04項(xiàng)目準(zhǔn)備05任務(wù)實(shí)施06任務(wù)評(píng)價(jià)07任務(wù)拓展08項(xiàng)目小結(jié)09學(xué)習(xí)目標(biāo)03知識(shí)目標(biāo)職業(yè)素養(yǎng)目標(biāo)技能目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)、技能目標(biāo)、職業(yè)素養(yǎng)目標(biāo)10學(xué)習(xí)目標(biāo)3（1）理解YanAPI的基礎(chǔ)知識(shí)（2）理解全局變量和局部變量的區(qū)別（3）理解多線程協(xié)同的原理（4）理解機(jī)器人攝像頭預(yù)處理和獲取圖像的基本知識(shí)（5）理解機(jī)器人動(dòng)作執(zhí)行類的各個(gè)動(dòng)作的執(zhí)行原理（6）理解機(jī)器人跟蹤目標(biāo)物體的原理和運(yùn)行機(jī)制知識(shí)目標(biāo)：（1）能調(diào)用YanAPI的函數(shù)（2）能設(shè)計(jì)多線程程序（3）能通過機(jī)器人攝像頭，獲取視頻幀，并保存圖像（4）能對(duì)目標(biāo)物體實(shí)現(xiàn)機(jī)器人追蹤，并執(zhí)行機(jī)器人動(dòng)作指令技能目標(biāo)：（1）培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)致、規(guī)范的職業(yè)素質(zhì)（2）培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作、表達(dá)溝通能力（3）培養(yǎng)跟蹤新技術(shù)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力（4）培養(yǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)意識(shí)、操作規(guī)范意識(shí)、服務(wù)質(zhì)量意識(shí)等職業(yè)素養(yǎng)目標(biāo)：CONTENT目錄項(xiàng)目導(dǎo)入01項(xiàng)目任務(wù)02學(xué)習(xí)目標(biāo)03知識(shí)鏈接04項(xiàng)目準(zhǔn)備05任務(wù)實(shí)施06任務(wù)評(píng)價(jià)07任務(wù)拓展08項(xiàng)目小結(jié)09知識(shí)鏈接04目標(biāo)跟蹤技術(shù)機(jī)器人跟蹤抱球方案設(shè)計(jì)認(rèn)識(shí)多線程知識(shí)鏈接

目標(biāo)跟蹤技術(shù)413運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的跟蹤是在一段系列圖像中的每幅圖像中，實(shí)時(shí)地找到感興趣的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，目前廣泛應(yīng)用于體育賽事轉(zhuǎn)播、安防監(jiān)控、無人機(jī)、無人車、機(jī)器人等領(lǐng)域。目標(biāo)跟蹤中，常用的目標(biāo)特性表達(dá)主要包括：視覺特征統(tǒng)計(jì)特征變化系數(shù)特征代數(shù)特征目標(biāo)識(shí)別常用來確定某畫面或視頻中包含什么物體、各個(gè)物體在什么位置、各個(gè)物體的軌跡。因此常用于監(jiān)控。人機(jī)交互和虛擬現(xiàn)實(shí)的場景。

知識(shí)鏈接

目標(biāo)跟蹤技術(shù)414場景1：人員檢測知識(shí)鏈接

目標(biāo)跟蹤技術(shù)場景2：車輛跟蹤識(shí)別415目標(biāo)跟蹤依據(jù)是否依賴于先驗(yàn)知識(shí)，可以分為兩種類別：不依賴于先驗(yàn)知識(shí)的目標(biāo)跟蹤依賴于目標(biāo)的先驗(yàn)知識(shí)本項(xiàng)目屬于第2類，依賴于紅色小球的先驗(yàn)知識(shí)知識(shí)鏈接

目標(biāo)跟蹤技術(shù)416目標(biāo)跟蹤算法簡介1、不依賴先驗(yàn)知識(shí)的目標(biāo)跟蹤算法，其首先要解決的問題是從序列圖像中將變化運(yùn)動(dòng)區(qū)域從背景圖像中提取出來知識(shí)鏈接

目標(biāo)跟蹤技術(shù)417目標(biāo)跟蹤算法簡介2、依賴先驗(yàn)知識(shí)的目標(biāo)跟蹤算法，分為四種：基于主動(dòng)輪廓的跟蹤；基于特征的跟蹤；基于區(qū)域的跟蹤；基于模型的跟蹤。本項(xiàng)目是第二種。知識(shí)鏈接

目標(biāo)跟蹤技術(shù)418知識(shí)鏈接認(rèn)識(shí)多線程419線程是操作系統(tǒng)能夠進(jìn)行運(yùn)算調(diào)度的最小單位。它被包含在進(jìn)程之中，是進(jìn)程中的實(shí)際運(yùn)作單位。一個(gè)進(jìn)程可以并發(fā)多個(gè)線程，每條線程并行或并發(fā)執(zhí)行不同任務(wù)。多線程是指從軟件或者硬件上實(shí)現(xiàn)多個(gè)線程并發(fā)或并行執(zhí)行的技術(shù)。具有多線程能力的計(jì)算機(jī)因?yàn)橛杏布С?，而能夠在同一時(shí)間執(zhí)行多于一個(gè)線程，進(jìn)而提升整體處理性能。在一個(gè)程序中，這些獨(dú)立運(yùn)行的程序片段即單線程，利用它編程的概念就叫多線程處理。當(dāng)處理一個(gè)消耗大的任務(wù)，如果讓主線程執(zhí)行，它會(huì)等到動(dòng)作完成，才完成后面的代碼，主線程“忙碌”，用戶界面會(huì)完全“卡死”。多線程將原本線程的任務(wù)分開成若干子任務(wù)同時(shí)執(zhí)行，防治線程“堵塞”，增強(qiáng)用戶體驗(yàn)和程序效率。知識(shí)鏈接認(rèn)識(shí)多線程420多線程編程提供機(jī)制，以便更有效地使用這些多個(gè)計(jì)算核和改進(jìn)的并發(fā)性。并發(fā)：并發(fā)是指同一時(shí)間片段同時(shí)執(zhí)行。并行：同一時(shí)間點(diǎn)同時(shí)執(zhí)行。單線程和多線程實(shí)例。對(duì)項(xiàng)目任務(wù)需求進(jìn)行梳理分析，在智能人形教育機(jī)器人的主控制板上運(yùn)行應(yīng)用程序完成跟蹤抱球功能，輸出整個(gè)項(xiàng)目總體框架設(shè)計(jì)流程圖如圖所示：知識(shí)鏈接機(jī)器人跟蹤抱球方案設(shè)計(jì)421知識(shí)鏈接

機(jī)器人跟蹤抱球方案設(shè)計(jì)422主函數(shù)的設(shè)計(jì)：本項(xiàng)目需要對(duì)圖像進(jìn)行大量計(jì)算，CPU切換頻繁，在視頻處理線程識(shí)別到小球之后，又需要對(duì)其結(jié)果進(jìn)行跟蹤處理，具有強(qiáng)相關(guān)性，所以此處采用多線程策略。主函數(shù)主要實(shí)現(xiàn)創(chuàng)建和運(yùn)行兩個(gè)線程：視頻處理線程；跟蹤處理線程知識(shí)鏈接

機(jī)器人跟蹤抱球方案設(shè)計(jì)423視頻處理線程及相關(guān)函數(shù)的設(shè)計(jì)，需要實(shí)現(xiàn)4個(gè)功能：圖像預(yù)處理和

輪廓提取處理圈出并顯示小球退出

獲取一幀圖像知識(shí)鏈接

機(jī)器人跟蹤抱球方案設(shè)計(jì)424跟蹤處理線程及相關(guān)函數(shù)的設(shè)計(jì)，需要實(shí)現(xiàn)2個(gè)功能：求解跟蹤動(dòng)作指令執(zhí)行動(dòng)作指令CONTENT目錄項(xiàng)目導(dǎo)入01項(xiàng)目任務(wù)02知識(shí)鏈接04項(xiàng)目準(zhǔn)備05學(xué)習(xí)目標(biāo)03任務(wù)評(píng)價(jià)07任務(wù)拓展08項(xiàng)目小結(jié)09任務(wù)實(shí)施06項(xiàng)目準(zhǔn)備05項(xiàng)目準(zhǔn)備527Yanshee，硬件版本1.0以上一個(gè)無線鍵鼠一臺(tái)HDMI顯示器一根HDMI數(shù)據(jù)連接線一個(gè)紅色小球，直徑10cmYanshee軟件系統(tǒng)，版本V2.3.0以上計(jì)算機(jī)安裝了python3.9.2的32位版本，且安裝了opencv-python4.5.3以上的版本CONTENT目錄項(xiàng)目導(dǎo)入01項(xiàng)目任務(wù)02知識(shí)鏈接04任務(wù)實(shí)施06學(xué)習(xí)目標(biāo)03任務(wù)評(píng)價(jià)07任務(wù)拓展08項(xiàng)目小結(jié)09項(xiàng)目準(zhǔn)備05任務(wù)實(shí)施06創(chuàng)建和編寫程序復(fù)制相關(guān)文件到機(jī)器人端運(yùn)行程序讓機(jī)器人跟蹤抱球任務(wù)實(shí)施創(chuàng)建和編寫程序630在PC端，創(chuàng)建整個(gè)項(xiàng)目程序的源代碼文件，命名為hold_ball.py。接著打開Python自帶的IDE環(huán)境，或PyCharm等軟件，編寫實(shí)現(xiàn)機(jī)器人綜合場景的程序。任務(wù)實(shí)施創(chuàng)建和編寫程序631編寫主函數(shù)相關(guān)代碼，主要分為：導(dǎo)入相關(guān)庫定義主函數(shù)任務(wù)實(shí)施創(chuàng)建和編寫程序632編寫視頻處理線程相關(guān)代碼，主要分為6步：1、導(dǎo)入視頻處理線程相關(guān)庫2、初始化視頻處理線程的相關(guān)變量3、初始化線程間交互的全局變量任務(wù)實(shí)施創(chuàng)建和編寫程序633編寫視頻處理線程相關(guān)代碼，主要分為6步：4、定義視頻處理線程函數(shù)5、定義識(shí)別小球函數(shù)任務(wù)實(shí)施創(chuàng)建和編寫程序634編寫視頻處理線程相關(guān)代碼，主要分為6步：6、定義圈出并顯示小球的函數(shù)任務(wù)實(shí)施創(chuàng)建和編寫程序635編寫跟蹤處理線程相關(guān)代碼，主要分為6步：1、導(dǎo)入跟蹤處理線程相關(guān)庫2、初始化跟蹤處理線程相關(guān)變量3、定義跟蹤處理線程函數(shù)4、定義求解跟蹤動(dòng)作指令函數(shù)任務(wù)實(shí)施創(chuàng)建和編寫程序636任務(wù)實(shí)施創(chuàng)建和編寫程序637編寫跟蹤處理線程相關(guān)代碼，主要分為6步：5、定義動(dòng)作執(zhí)行類6、定義注冊(cè)回調(diào)函數(shù)任務(wù)實(shí)施復(fù)制相關(guān)文件到機(jī)器人端638編寫完程序后，用scp命令，將源碼包中的hold.hts和hold_ball。py復(fù)制到機(jī)器人端任務(wù)實(shí)施運(yùn)行程序讓相關(guān)機(jī)器人抱球639用HDMI線，將機(jī)器人和電腦顯示屏連接，在機(jī)器人命令行輸入命令pythonhold_ball.py機(jī)器人跟蹤抱球結(jié)果如下圖任務(wù)實(shí)施運(yùn)行程序讓相關(guān)機(jī)器人抱球640機(jī)器人命令段的界面如下圖CONTENT目錄項(xiàng)目導(dǎo)入01項(xiàng)目任務(wù)02學(xué)習(xí)目標(biāo)03任務(wù)評(píng)價(jià)07項(xiàng)目準(zhǔn)備05任務(wù)實(shí)施06知識(shí)鏈接04任務(wù)拓展08項(xiàng)目小結(jié)09任務(wù)評(píng)價(jià)07自我評(píng)價(jià)小組評(píng)價(jià)任務(wù)評(píng)價(jià)743自我評(píng)價(jià)小組評(píng)價(jià)CONTENT目錄項(xiàng)目導(dǎo)入01項(xiàng)目任務(wù)02學(xué)習(xí)目標(biāo)03任務(wù)拓展08項(xiàng)目準(zhǔn)備05任務(wù)實(shí)施06任務(wù)評(píng)價(jià)07知識(shí)鏈接04項(xiàng)目小結(jié)09任務(wù)拓展08任務(wù)拓展846思考如何在兩個(gè)線程間進(jìn)行信號(hào)量同步。CONTENT目錄項(xiàng)目導(dǎo)入01項(xiàng)目任務(wù)02學(xué)習(xí)目標(biāo)03