一種智能球形物體回收機器人系統(tǒng)的制作方法

本實用新型涉及機器人領域，特別涉及一種智能球形物體回收機器人系統(tǒng)。

背景技術：

機器人（Robot）是自動執(zhí)行工作的機器裝置。它既可以接受人類指揮，又可以運行預先編排的程序，也可以根據(jù)以人工智能技術制定的原則綱領行動。它的任務是協(xié)助或取代人類工作的工作，例如生產(chǎn)業(yè)、建筑業(yè)，或是危險的工作。

近年來，隨著改革開放的不斷深化，人民生活水平有了極大的提高，更多的人參與到體育鍛煉中來，運動員的水平也有了飛躍性地上升，在訓練、比賽中提高效率顯得越來越重要。而在訓練場地以及比賽現(xiàn)場，如果能在不需要人工控制的情況下，就自動將練習時擊出的大量乒乓球、網(wǎng)球以及可能構成不安全因素的鉛球等球類撿回，無疑會減少運動員或工作人員的不必要的勞動，極大地提高訓練、比賽的效率。

技術實現(xiàn)要素：

鑒于此，本實用新型提供了一種智能球形物體回收機器人系統(tǒng)，該實用新型具有：識別準確、結構簡單、實用性強和成本低等優(yōu)點。

本實用新型采用的技術方案如下：

一種智能球形物體回收機器人系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：圖像采集裝置、中央處理器、回收裝置和運動裝置；所述中央處理器包括：攝像頭定位模塊、機器人控制模塊和機械臂控制模塊；所述攝像頭定位模塊分別信號連接于圖像采集裝置、機器人控制模塊和機械臂控制模塊；所述機器人控制模塊信號連接于運動裝置；所述機械臂控制模塊信號連接于回收裝置。

所述攝像頭定位模塊包括：圖像分割模塊、空間轉換模塊、相似度計算模塊和判斷模塊；所述圖像分割模塊分別信號于圖像采集裝置和空間轉換模塊，用于將采集到的原始圖像中的球體區(qū)域從背景中分離出來；所述空間轉換模塊信號連接于相似度計算模塊，用于將分離出來的球體區(qū)域圖像從RGB色彩空間轉換到YCBCR色彩空間；所述相似度計算模塊信號連接于判斷模塊，用于對YCBCR色彩空間的圖像信息進行球色相似度值計算；所述判斷模塊，用于根據(jù)相似度計算模塊的計算結果，判斷球體的種類，得出判斷結果，發(fā)送控制命令至各個功能模塊。

所述回收裝置包括：回收電機、機械臂和箱體；所述回收電機分別信號連接于機械臂控制模塊和機械臂，用于根據(jù)機械臂控制模塊發(fā)送過來的控制命令，控制機械臂的運行；所述箱體，用于存放回收的球類物體。

所述運動裝置包括：滾輪和步進電機；所述步進電機信號連接于機器人控制模塊，用于根據(jù)機器人控制模塊發(fā)送過來的信號控制步進電機進行左轉，右轉和前進的運動。

所述圖像采集裝置包括：攝像頭和旋轉控制裝置；所述攝像頭信號連接于旋轉控制裝置，用于獲取原始的圖像信息；所述旋轉控制裝置信號連接于攝像頭定位模塊，用于根據(jù)攝像頭定位模塊發(fā)送過來的控制信息控制攝像頭進行旋轉。

采用以上技術方案，本實用新型產(chǎn)生了以下有益效果：

1、識別準確：本實用新型的機器人對于球形物體的識別在圖像處理的基礎上，進行了空間域的轉換處理，同時采用球色相似度計算的方法對球形物體進行計算，使得計算和識別結果更加準確。

2、結構簡單：本實用新型的機器人結構簡單，容易組裝，各個部分可以單獨生產(chǎn)，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。

3、成本低：本實用新型的機器人機械部分結構簡單，造價低；大幅度降低了機器人的成本。

4、實用性強：本實用新型的機器人采用圖像識別技術進行控制，比起傳統(tǒng)的采用傳感器制作而成的機器人，其運行效率更高，對于物體識別更加準確。

附圖說明

圖1是本實用新型實施例中一種智能球形物體回收機器人系統(tǒng)的系統(tǒng)的流程圖。

具體實施方式

本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。

本說明書（包括任何附加權利要求、摘要）中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。

本實用新型實施例1中提供了一種智能球形物體回收機器人系統(tǒng)，系統(tǒng)結構圖如圖1所示：

一種智能球形物體回收機器人系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：圖像采集裝置、中央處理器、回收裝置和運動裝置；所述中央處理器包括：攝像頭定位模塊、機器人控制模塊和機械臂控制模塊；所述攝像頭定位模塊分別信號連接于圖像采集裝置、機器人控制模塊和機械臂控制模塊；所述機器人控制模塊信號連接于運動裝置；所述機械臂控制模塊信號連接于回收裝置。

所述攝像頭定位模塊包括：圖像分割模塊、空間轉換模塊、相似度計算模塊和判斷模塊；所述圖像分割模塊分別信號于圖像采集裝置和空間轉換模塊，用于將采集到的原始圖像中的球體區(qū)域從背景中分離出來；所述空間轉換模塊信號連接于相似度計算模塊，用于將分離出來的球體區(qū)域圖像從RGB色彩空間轉換到YCBCR色彩空間；所述相似度計算模塊信號連接于判斷模塊，用于對YCBCR色彩空間的圖像信息進行球色相似度值計算；所述判斷模塊，用于根據(jù)相似度計算模塊的計算結果，判斷球體的種類，得出判斷結果，發(fā)送控制命令至各個功能模塊。

所述回收裝置包括：回收電機、機械臂和箱體；所述回收電機分別信號連接于機械臂控制模塊和機械臂，用于根據(jù)機械臂控制模塊發(fā)送過來的控制命令，控制機械臂的運行；所述箱體，用于存放回收的球類物體。

所述運動裝置包括：滾輪和步進電機；所述步進電機信號連接于機器人控制模塊，用于根據(jù)機器人控制模塊發(fā)送過來的信號控制步進電機進行左轉，右轉和前進的運動。

所述圖像采集裝置包括：攝像頭和旋轉控制裝置；所述攝像頭信號連接于旋轉控制裝置，用于獲取原始的圖像信息；所述旋轉控制裝置信號連接于攝像頭定位模塊，用于根據(jù)攝像頭定位模塊發(fā)送過來的控制信息控制攝像頭進行旋轉。

本實用新型實施例2中提供了一種基于智能球形物體回收機器人系統(tǒng)的方法，具體步驟如下：

一種基于智能球形物體回收機器人系統(tǒng)的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

步驟1：圖像采集裝置通過攝像頭觀察周圍環(huán)境，將采集到的原始圖像發(fā)送給中央處理器，中央處理器對原始圖像進行處理后，控制機器人尋找球形物體，當視野中出現(xiàn)一個或多個完整的球形物體時根據(jù)近大遠小選擇最大的一個調整機器人位置使球形物體正好位于機器人視野正中心；

步驟2：機器人控制模塊控制機器人運動，在運動過程中不斷校正機器人方向，確定使其正對要撿起的球形物體，最后使機器人到達球形物體位置；

步驟3：機器人進入撿球模式，機械臂控制模塊控制機器人的機械臂撿起球形物體，使得球形物體落入箱體中；

步驟4：圖像采集裝置繼續(xù)掃描其他目標進行撿拾，按遠近關系依次撿完球場上所有的球形物體。攝像頭觀察檢測到?jīng)]有剩余球形物體時找尋返回位置標志返回，完成任務。

所述處理器對原始圖像進行處理的方法包括以下步驟：

步驟1：攝像頭拍下照片，將原始圖像數(shù)據(jù)信息發(fā)送給攝像頭定位模塊；

步驟2：攝像頭定位模塊對接收到的原始圖像進行圖像分割，將原始圖像中的球形物體的區(qū)域從背景中分離出來；

步驟3：攝像頭定位模塊對將分離出來的球體區(qū)域圖像從RGB色彩空間轉換到YCBCR色彩空間；

步驟4：:攝像頭定位模塊對YCBCR色彩空間的圖像信息進行球色相似度值計算；

步驟5：:攝像頭定位模塊根據(jù)相似度計算模塊的計算結果，判斷球體的種類，得出判斷結果，發(fā)送控制命令至各個功能模塊。

所述攝像頭定位模塊對YCBCR色彩空間的圖像信息進行球色相似度值計算的方法包括以下步驟：

步驟1：根據(jù)球體顏色在YCBCR色彩空間的概率分布特性，建立一個搞死球色模型，得到其概率密度函數(shù)為：

;其中C為協(xié)方差矩陣；

步驟2：求取協(xié)方差矩陣在YCBCR色彩空間中各個灰度值的分量為 和 ；

步驟3：根據(jù)秋色相似度計算公式：;計算單個像素的球色相似度值,進而得到整幅圖像的最大球色相似度值。每一點像素的球色相似度值除以最大球色相似度值,作為該點的灰度值,從而得到球色相似度。

本實用新型實施例3中提供了一種智能球形物體回收機器人系統(tǒng)，系統(tǒng)結構圖如圖1所示：

一種智能球形物體回收機器人系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：圖像采集裝置、中央處理器、回收裝置和運動裝置；所述中央處理器包括：攝像頭定位模塊、機器人控制模塊和機械臂控制模塊；所述攝像頭定位模塊分別信號連接于圖像采集裝置、機器人控制模塊和機械臂控制模塊；所述機器人控制模塊信號連接于運動裝置；所述機械臂控制模塊信號連接于回收裝置。

所述攝像頭定位模塊包括：圖像分割模塊、空間轉換模塊、相似度計算模塊和判斷模塊；所述圖像分割模塊分別信號于圖像采集裝置和空間轉換模塊，用于將采集到的原始圖像中的球體區(qū)域從背景中分離出來；所述空間轉換模塊信號連接于相似度計算模塊，用于將分離出來的球體區(qū)域圖像從RGB色彩空間轉換到YCBCR色彩空間；所述相似度計算模塊信號連接于判斷模塊，用于對YCBCR色彩空間的圖像信息進行球色相似度值計算；所述判斷模塊，用于根據(jù)相似度計算模塊的計算結果，判斷球體的種類，得出判斷結果，發(fā)送控制命令至各個功能模塊。

所述回收裝置包括：回收電機、機械臂和箱體；所述回收電機分別信號連接于機械臂控制模塊和機械臂，用于根據(jù)機械臂控制模塊發(fā)送過來的控制命令，控制機械臂的運行；所述箱體，用于存放回收的球類物體。

所述運動裝置包括：滾輪和步進電機；所述步進電機信號連接于機器人控制模塊，用于根據(jù)機器人控制模塊發(fā)送過來的信號控制步進電機進行左轉，右轉和前進的運動。

所述圖像采集裝置包括：攝像頭和旋轉控制裝置；所述攝像頭信號連接于旋轉控制裝置，用于獲取原始的圖像信息；所述旋轉控制裝置信號連接于攝像頭定位模塊，用于根據(jù)攝像頭定位模塊發(fā)送過來的控制信息控制攝像頭進行旋轉。

一種基于智能球形物體回收機器人系統(tǒng)的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

步驟1：圖像采集裝置通過攝像頭觀察周圍環(huán)境，將采集到的原始圖像發(fā)送給中央處理器，中央處理器對原始圖像進行處理后，控制機器人尋找球形物體，當視野中出現(xiàn)一個或多個完整的球形物體時根據(jù)近大遠小選擇最大的一個調整機器人位置使球形物體正好位于機器人視野正中心；

步驟2：機器人控制模塊控制機器人運動，在運動過程中不斷校正機器人方向，確定使其正對要撿起的球形物體，最后使機器人到達球形物體位置；

步驟3：機器人進入撿球模式，機械臂控制模塊控制機器人的機械臂撿起球形物體，使得球形物體落入箱體中；

步驟4：圖像采集裝置繼續(xù)掃描其他目標進行撿拾，按遠近關系依次撿完球場上所有的球形物體。攝像頭觀察檢測到?jīng)]有剩余球形物體時找尋返回位置標志返回，完成任務。

所述處理器對原始圖像進行處理的方法包括以下步驟：

步驟1：攝像頭拍下照片，將原始圖像數(shù)據(jù)信息發(fā)送給攝像頭定位模塊；

步驟2：攝像頭定位模塊對接收到的原始圖像進行圖像分割，將原始圖像中的球形物體的區(qū)域從背景中分離出來；

步驟3：攝像頭定位模塊對將分離出來的球體區(qū)域圖像從RGB色彩空間轉換到YCBCR色彩空間；

步驟4：:攝像頭定位模塊對YCBCR色彩空間的圖像信息進行球色相似度值計算；

步驟5：:攝像頭定位模塊根據(jù)相似度計算模塊的計算結果，判斷球體的種類，得出判斷結果，發(fā)送控制命令至各個功能模塊。

所述攝像頭定位模塊對YCBCR色彩空間的圖像信息進行球色相似度值計算的方法包括以下步驟：

步驟1：根據(jù)球體顏色在YCBCR色彩空間的概率分布特性，建立一個搞死球色模型，得到其概率密度函數(shù)為：

;其中C為協(xié)方差矩陣；

步驟2：求取協(xié)方差矩陣在YCBCR色彩空間中各個灰度值的分量為 和 ；

步驟3：根據(jù)秋色相似度計算公式：;計算單個像素的球色相似度值,進而得到整幅圖像的最大球色相似度值。每一點像素的球色相似度值除以最大球色相似度值,作為該點的灰度值,從而得到球色相似度。

本實用新型并不局限于前述的具體實施方式。本實用新型擴展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。