[發明專利]一種基于形態特征和單目測量的機器人自主撿球方法

有效

• 申請號: 202110205841.6
• 申請日: 2021-02-24
• 公開（公告）號: CN113041578B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 謝非;劉宗熙;吳啟宇;吳奕之;楊繼全;葉欣雨;陳瑾杰;汪鐵錚;李群召
• 申請（專利權）人: 南京師范大學
• 主分類號: A63B47/02
• 分類號: A63B47/02;G05D1/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 向文

本發明公開了一種基于形態特征和單目測量的機器人自主撿球方法，包括：采集羽毛球和球場彩色圖像信息，得到羽毛球及球場彩色圖像信息；對得到的羽毛球及球場彩色圖像信息進行數據處理，獲得映射關系；利用搭建和訓練好的特征提取網絡尋找得到目標羽毛球質心的像素點位置，根據獲得的映射關系得到目標羽毛球的位置信息；獲取目標羽毛球和機器人的實際相對位置，完成機器人的運動路徑規劃；控制機器人完成對羽毛球的拾取操作。本發明充分考慮了羽毛球的特征和單目攝像頭的局限和特點，設計了單目攝像頭的測距方法和適用于羽毛球的卷積神經網絡，實現了機器人對于目標羽毛球的自動識別和拾取，提升了羽毛球的拾取效率和自動化性能。

技術領域

本發明屬于圖像處理和深度學習技術領域，具體涉及一種基于形態特征和單目測量的機器人自主撿球方法。

背景技術

隨著現代人對身體健康的重視，羽毛球成為越來越多人選擇的運動方式，同時我國又是羽毛球強國，存在大量的羽毛球專業運動員。在專業的羽毛球訓練中，大量掉落在地上的羽毛球需要浪費大量的人力進行拾取，浪費時間的同時，更導致腰椎的損傷，減少了職業壽命，對于普通人的鍛煉目的更是適得其反。

目前針對羽毛球的拾取主要是依靠人力，即使有一些拾取工具，仍然需要人參與，不能在訓練間隙得到良好的休息，不但浪費人力時間，而且會影響訓練效果，更重要的是，由于人工拾取強度較大，所以長期的撿球會增加腰椎負擔，影響身體健康。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，提供一種基于形態特征和單目測量的機器人自主撿球方法，其通過設計自主撿球機器人，無需人力參與即可以自動拾取識別球場上的羽毛球，通過單目攝像頭的距離測量和卷積神經網絡的羽毛球特征提取，使得羽毛球識別拾取機器人自動運行到目標羽毛球所在位置，創新性的使用單目攝像頭測量羽毛球的位置信息，搭建了用于羽毛球識別的卷積神經網路并且設計了一種針對多個羽毛球的路徑規劃方法，具有識別精準，拾取效率高的特點，對準確快速尋找羽毛球、提高羽毛球拾取效率、降低人工的拾取強度具有重大意義。

技術方案：為實現上述目的，本發明提供一種基于形態特征和單目測量的機器人自主撿球方法，包括如下步驟：

S1：通過機器人采集存在梯形畸變羽毛球和球場彩色圖像信息，得到正投影形式下的羽毛球及球場彩色圖像信息；

S2：對得到的羽毛球及球場彩色圖像信息進行數據處理，通過設計一種針對無測距功能的單目攝像頭的目標物體位置信息測量方法獲得存在梯形畸變羽毛球和球場彩色圖像與實際位置距離的映射關系；

S3：利用搭建和訓練好的特征提取網絡尋找得到目標羽毛球質心的像素點位置，根據步驟S2獲得的映射關系得到目標羽毛球的位置信息；

S4：根據目標羽毛球的位置信息，獲取目標羽毛球和機器人的實際相對位置，完成機器人的運動路徑規劃；

S5：上位機根據機器人的運動路徑規劃結果，控制機器人運動至目標羽毛球位置，并完成機器人對羽毛球的拾取操作。

進一步地，所述步驟S1中機器人通過單目攝像頭采集存在梯形畸變羽毛球和球場彩色圖像信息。

進一步地，所述步驟S2中數據處理的具體方法為：

A1：對采集得到的存在梯形畸變的羽毛球及球場彩色圖像信息進行預處理，得到存在梯形畸變的羽毛球及球場彩色圖像信息中的羽毛球場邊緣信息；

A2：對步驟A1獲取的羽毛球場邊緣信息進行處理，通過透視變換矯正采集得到的存在梯形畸變的羽毛球及球場彩色圖像信息，得到正投影形式下的羽毛球及球場彩色圖像信息和羽毛球及球場的實際位置距離和存在梯形畸變羽毛球及球場彩色圖像信息的映射關系。

進一步地，所述步驟A1中預處理的方法為：