一种基于机器视觉的乒乓球拾取移动机器人及控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于机器视觉的乒乓球拾取移动机器人及控制方法，公开移动机器人包括视觉检测模块，用于采集周围环境图像和待拾取乒乓球图像；数据处理模块，用于对获取图像中的乒乓球进行检测确定乒乓球图像坐标；根据目标球图像坐标确定移动平台运动的角度和速度；将待拾取乒乓球坐标发送给机械手臂控制模块；移动平台控制模块，用于对移动平台的定位与运动环境的建图并进行路径规划，使移动平台向目标物靠近；机械手臂控制模块，用于进行拾球动作，并将球放置在储球模块中；电源模块，用于供电；储球模块，用于储存拾取的乒乓球。能够实现拾取装置结构简单，平台轻巧，占用空间小，自动化程度高，并提高乒乓球识别率，提升拾取准确率和效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于机器视觉的乒乓球拾取移动机器人及控制方法
本专利技术涉及到机器人
，尤其涉及一种基于机器视觉的乒乓球拾取移动机器人及控制方法。
技术介绍
我国作为体育大国，对体育机器人的需求十分迫切,特别是乒乓球作为我们的国球,技术在世界上处于领先地位。近几年来，国乒运动员们更是为中国的体育事业增添了光彩，在各种竞赛中所向披靡，而在乒乓球室里，训练或者比赛的时候，地面上通常会有很多乒乓球都需要拾取，人工拾球，效率低。对于运动员来说，在高强度的训练中，拾取乒乓球的过程费时费力，浪费了宝贵的训练时间。为了解决以上问题，出现了很多拾取乒乓球的装置：专利CN201010559169.2乒乓球拾取车装置，包括带有滚轮的车体，车体的后部设置有把手，车体的上端设置有翻盖，车体内设有空腔，车体的底部设置相互平行的弹性带。该装置未实现机电一体化，需要人工协助完成拾取与收集的动作，而且占地面积大。专利CN201220718628.1一种乒乓球拾取具的制作方法，包括一根长杆，长杆的长度为80-120cm，只能够将乒乓球一个一个的进行收集，同时还需要人工协助将拾取装置对准乒乓球，使用起来非常不便捷，效率低下，必须通过压紧的方式人工拿取乒乓球，如果力度过大会导致乒乓球损坏，造成不必要的损失。专利CN201420057233.0一种多用乒乓球拾取架装置，包括柱状拾取圆通、拾取罩、拾取门，单向限位阀门、限位块和衣架连接杆等。该装置结构复杂，制作成本高，需要人工的操作，无法实现自动化的操作。专利CN201620338456.3一种简易乒乓球拾取器装置，该装置也需要人工操作，自动化程度不高。而且，该装置利用气流压强的不同通过管道收集乒乓球，当气压和压强有变化时，容易使球卡在管道里，完成不了拾取乒乓球的动作。专利CN201610334157.7一种乒乓球捡拾机器人，其利用乒乓球质量较轻的特点，采用风扇将乒乓球吹动收集的结构，但是它在收集乒乓球时可能会将一些比乒乓球质量轻的杂物和垃圾收集进去，例如地上的纸屑，灰层等，带来了额外的分拣任务；使用红外感应装置通过红外线反射原理感应乒乓球的位置，由于乒乓球体积小，确定乒乓球位置时，红外感应装置需要精确的向乒乓球发射一束红外线，否则会影响乒乓球的拾取，造成误捡和漏检，且该拾取机器人只适合对静止的乒乓球拾取，在外界有干扰的情况下无法精确的抓取。专利CN201721446774.2一种乒乓球自动拾取装置，该设计包括吸嘴、电源按钮、把手、喉管、机体等，当拾取乒乓球时，需要人工将吸嘴对准乒乓球，按下把手上的电源按钮，将乒乓球吸入装置内，该装置结构比较复杂，需要人工的参与操作，自动化程度不高。针对目前一些拾取乒乓球的装置存在结构复杂、占地面积大、自动化程度低、拾球效率低、误捡、漏检和只适合静态拾取等这些问题，而且，现有的拾取乒乓球装置绝大多数使用物理方法和机械化方法实现，自动化、智能化程度较低。因此如何能够实现拾取装置结构简单，平台轻巧，占用空间小，自动化程度高，并提高乒乓球识别率，提升拾取准确率和效率，成为本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种基于机器视觉的乒乓球拾取移动机器人及控制方法，能够实现拾取装置结构简单，平台轻巧，占用空间小，自动化程度高，并提高乒乓球识别率，提升拾取准确率和效率。本专利技术提供的一种基于机器视觉的乒乓球拾取移动机器人，包括视觉检测模块、移动平台控制模块、机械手臂控制模块、数据处理模块、电源模块和储球模块，具体为：所述视觉检测模块，用于采集周围环境图像和待拾取乒乓球图像，并将采集到的图像发送给数据处理模块；所述数据处理模块，用于对获取图像中的乒乓球进行检测确定目标球图像坐标系下的坐标和待拾取乒乓球的图像坐标系下的坐标；根据目标球图像坐标系下的坐标确定移动平台运动的角度和速度发送给移动平台控制模块；将待拾取乒乓球的在图像坐标系下的坐标转换为机械臂坐标系下的坐标，并将待拾取乒乓球机械臂坐标系下的坐标发送给机械手臂控制模块；所述移动平台控制模块，用于对移动平台的定位与运动环境的建图并进行路径规划，根据数据处理模块发送移动平台运动的角度和速度使移动平台向目标物靠近；所述机械手臂控制模块，用于根据待拾取乒乓球机械臂坐标系下的坐标进行拾球动作，并将球放置在储球模块中；所述电源模块，用于给视觉检测模块、机械手臂控制模块、数据处理模块和移动平台控制模块供电；所述储球模块，用于储存拾取的乒乓球。优选地，所述视觉检测模块包括移动平台前端相机和机械手臂末端相机，所述移动平台控制模块包括激光雷达、底层控制器、电机驱动和移动平台，所述机械手臂控制模块包括机械手臂控制器和机械手臂，所述数据处理模块为单片机或电脑或中央处理芯片，所述电源模块为锂电池，所述储球模块为设置在移动平台上的储存框；所述移动平台前端相机，用于采集周围环境图像并将采集到的图像发送给数据处理模块；所述机械手臂末端相机，用于采集待拾取乒乓球图像，并将采集到的图像发送给数据处理模块；所述激光雷达，用于对移动平台的定位与运动环境的建图并进行路径规划；所述底层控制器，用于控制电机速度及移动平台的转动角度；所述电机驱动，用于驱动移动平台运动；所述机械手臂控制器，用于根据待拾取乒乓球机械臂坐标系下的坐标发送控制信号给机械手臂；机械手臂，用于进行拾球动作，并将球放置在储球模块中。优选地，所述视觉检测模块、移动平台控制模块和机械手臂控制模块通过USB接口与数据处理模块进行通信；所述移动平台前端相机、储球模块、机械手臂控制器和机械手臂设置在移动平台上，机械手臂末端相机设置在机械手臂的末端，激光雷达设置在移动平台外壳周围，所述底层控制器、电机驱动、数据处理模块和电源模块设置在移动平台内部。本专利技术还提供的一种基于机器视觉的乒乓球拾取移动机器人的控制方法，所述方法包括以下步骤：步骤S100：移动平台前端相机采集周围环境图像；步骤S200：通过对周围环境图像进行检测确定环境图像中乒乓球的图像坐标，判断是否有乒乓球，若有乒乓球则设定目标球，进入步骤S300，若没有乒乓球则判断移动平台旋转角度是否满足预设条件一，若不满足预设条件一则移动平台原地旋转预设角度返回步骤S100，反之则机械手臂恢复至初始状态，流程结束；步骤S300：对目标球、移动平台定位以及对周围环境建图，并进行路径规划，实时调整移动平台运动的角度和速度，使移动平台向目标球靠近，实时判断移动平台与目标球的距离是否满足预设条件二，若满足预设条件而则进入步骤S400，若不满足预设条件二则返回步骤S300；步骤S400：移动平台停止运动，机械手臂末端相机获取待拾取乒乓球图像；步骤S500：通过对待拾取乒乓球图像进行检测确定待拾取乒乓球的图像坐标，并将乒乓球的在图像坐标系下的坐标转换为机械臂坐标系下的坐标；步骤S600：将待拾取乒乓球的机械臂坐标系下的坐标发送给机械手臂，机械手臂运动至待拾取乒乓球位置进行拾球动作，并将球放置在储存框中，返回步骤S100。优选地，步骤S100之间还包括：步骤S001：判断储存框是否存满，若没有存满进入步骤S100，若存满记录当前移动平台放球前位置，进入步骤S002；步骤S002：对放球区域、移动平台定位以及对周围环境本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于机器视觉的乒乓球拾取移动机器人，其特征在于，包括视觉检测模块、移动平台控制模块、机械手臂控制模块、数据处理模块、电源模块和储球模块，具体为：所述视觉检测模块，用于采集周围环境图像和待拾取乒乓球图像，并将采集到的图像发送给数据处理模块；所述数据处理模块，用于对获取图像中的乒乓球进行检测确定目标球图像坐标系下的坐标和待拾取乒乓球图像坐标系下的坐标；根据目标球图像坐标系下的坐标确定移动平台运动的角度和速度发送给移动平台控制模块；将待拾取乒乓球的在图像坐标系下的坐标转换为机械臂坐标系下的坐标，并将待拾取乒乓球机械臂坐标系下的坐标发送给机械手臂控制模块；所述移动平台控制模块，用于对移动平台的定位与运动环境的建图并进行路径规划，根据数据处理模块发送移动平台运动的角度和速度使移动平台向目标物靠近；所述机械手臂控制模块，用于根据待拾取乒乓球机械臂坐标系下的坐标进行拾取球动作，并将球放置在储球模块中；所述电源模块，用于给视觉检测模块、机械手臂控制模块、数据处理模块和移动平台控制模块供电；所述储球模块，用于储存拾取的乒乓球。

【技术特征摘要】
1.一种基于机器视觉的乒乓球拾取移动机器人，其特征在于，包括视觉检测模块、移动平台控制模块、机械手臂控制模块、数据处理模块、电源模块和储球模块，具体为：所述视觉检测模块，用于采集周围环境图像和待拾取乒乓球图像，并将采集到的图像发送给数据处理模块；所述数据处理模块，用于对获取图像中的乒乓球进行检测确定目标球图像坐标系下的坐标和待拾取乒乓球图像坐标系下的坐标；根据目标球图像坐标系下的坐标确定移动平台运动的角度和速度发送给移动平台控制模块；将待拾取乒乓球的在图像坐标系下的坐标转换为机械臂坐标系下的坐标，并将待拾取乒乓球机械臂坐标系下的坐标发送给机械手臂控制模块；所述移动平台控制模块，用于对移动平台的定位与运动环境的建图并进行路径规划，根据数据处理模块发送移动平台运动的角度和速度使移动平台向目标物靠近；所述机械手臂控制模块，用于根据待拾取乒乓球机械臂坐标系下的坐标进行拾取球动作，并将球放置在储球模块中；所述电源模块，用于给视觉检测模块、机械手臂控制模块、数据处理模块和移动平台控制模块供电；所述储球模块，用于储存拾取的乒乓球。2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的乒乓球拾取移动机器人，其特征在于，所述视觉检测模块包括移动平台前端相机和机械手臂末端相机，所述移动平台控制模块包括激光雷达、底层控制器、电机驱动和移动平台，所述机械手臂控制模块包括机械手臂控制器和机械手臂，所述数据处理模块为单片机或电脑或中央处理芯片，所述电源模块为锂电池，所述储球模块为设置在移动平台上的储存框；所述移动平台前端相机，用于采集周围环境图像并将采集到的图像发送给数据处理模块；所述机械手臂末端相机，用于采集待拾取乒乓球图像，并将采集到的图像发送给数据处理模块；所述激光雷达，用于对移动平台的定位与运动环境的建图并进行路径规划；所述底层控制器，用于控制电机速度及移动平台的转动角度；所述电机驱动，用于驱动移动平台运动；所述机械手臂控制器，用于根据待拾取乒乓球机械臂坐标系下的坐标发送控制信号给机械手臂；机械手臂，用于进行拾球动作，并将球放置在储球模块中。3.根据权利要求2所述的基于机器视觉的乒乓球拾取移动机器人，其特征在于，所述视觉检测模块、移动平台控制模块和机械手臂控制模块通过USB接口与数据处理模块进行通信；所述移动平台前端相机、储球模块、机械手臂控制器和机械手臂设置在移动平台上，机械手臂末端相机设置在机械手臂的末端，激光雷达设置在移动平台外壳周围，所述底层控制器、电机驱动、数据处理模块和电源模块设置在移动平台内部。4.根据权利要求3所述的基于机器视觉的乒乓球拾取移动机器人，其特征在于，所述机械手臂的运动范围为50mm-320mm。5.一种使用如权利要求2至4任一项所述的基于机器视觉的乒乓球拾取移动机器人的控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤S100：移动平台前端相机采集周围环境图像；步骤S200：通过对周围环境图像进行检测确定环境图像中乒乓球的图像坐标，判断是否有乒乓球，若有乒乓球则设定目标球，进入步骤S300，若没有乒乓球则判断移动平台旋转角度是否满足预设条件一，若不满足预设条件一则移动平台原地旋转预设角度返回步骤S100，反之则机械手臂恢复至初始状态，流程结束；步骤S300：对目标球、移动平台定位以及对周围环境建图，并进行路径规划，实时调整移动平台运动的角度和速度，使移动平台向目标球靠近，实时判断移动平台与目标球的距离是否满足预设条件二，若满足预设条件而则进入步骤S400，若不满足预设条件二则返回步骤S300；步骤S400：移动平台停止运动，机械手臂末端相机获取待拾取乒乓球图像；步骤S500：通过对待拾取乒乓球图像进行检测确定待拾取乒乓球的图像坐标，并将乒乓球的在图像坐标系下的坐标转换为机械臂坐标系下的坐标；步骤S...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱青，张超男，王耀南，毛建旭，刘彩苹，周显恩，郑海华，张肸，朱倩杰，余铎，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43