CN111530041A - 一种机器人拾球方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机器人拾球方法及系统，其中方法包括以下步骤：S1:获取待拾球场地的图片数据，根据所述图片数据计算图片中所有待拾取球的坐标，执行S2；S2:根据所述球的坐标进行最优路径规划，生成待拾取球的拾取路径,执行S3；S3:计算当前机器人的位置,执行S4；S4:依次读取所述拾取路径中待拾取球的坐标并且根据对应机器人的位置，对所述拾取路径中的球一一拾取，通过采集待拾取场地的图片数据，并且计算出所有待拾取球的坐标，根据所有球的坐标进行路径规划，再结合机器人的位置，按照规划的路径一一将球拾起，使得拾球过程井然有序，减少机器人在拾球场地中做无用功，增大拾球效率。

Description

一种机器人拾球方法及系统

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种机器人拾球方法及系统。

背景技术

球类作为一门优美却又激烈的运动，受到了来自全球各地人群的喜爱。在进行球类运动时，若是球脱离控制，尤其是对新人玩家而言，捡球都显得非常繁琐、令人疲劳但又无可奈何，特别是像网球、乒乓球等体积较小，训练时需要使用数量多的球类。

现在所谓的捡球装置的捡球方法，一般通过人员遥控控制小车，小车通过一定的机械结构进行捡球，小车的行驶路径以拾球操作均通过人工来操作，自动化程度不够高。

专利申请号为CN201810309634.3的中国发明专利，公开了一种基于视觉的机器人拾球方法。所述机器人通过安装在机器人前端的摄像头获取前方一副图像，然后采用识别算法识别网球并根据图像中网球区域在图像中的坐标来定位出网球相对于机器人正前方的方位；机器人根据定位信息通过驱动安装在机器人底部的麦克纳姆轮将机器人本体朝着目标网球的方向移动，机器人在移动过程中不断读取摄像头中的图像，并不断识别球方位，移动过程中机器人根据网球方位信息不断修正前进方向，使得所识别的网球区域始终位于所获取图像的中心，即网球始终在机器人的正前方，同时每当所识别的网球区域位于所述图像的中心时计算出网球区域在图像上的面积，当计算的网球面积大于一定值时即表示机器人与网球之间距离小于一定值，机器人停止移动；满足所设定的距离条件，机器人停止移动，此时网球处于机器人的正前方，网球与机器人之间的距离为调试时设定的距离，根据机器人与网球之间的设定距离，机器人控制机械臂根据设定距离完成对目标网球的抓取动作。

专利申请号为CN201820308664.8的中国实用新型专利，公开了智能网球拾取机器人及其控制系统，智能网球拾取机器人，包括有机体，所述机体上设置有用于机体行驶的驱动装置、控制机体行驶的控制装置以及用于收集网球的收集装置，所述收集装置包括有滚动设置在机体上的滚筒，所述滚筒的轴线方向水平设置且所述滚筒的侧面与地面抵接；所述滚筒呈中空设置有用于存放网球的容纳腔，所述滚筒的侧壁设置有若干沿滚筒周向均匀分布的支撑杆，相邻支撑杆之间形成有与容纳腔相连通的拾取通道，相邻所述支撑杆之间的距离小于网球的直径在0.1mm～1mm之间。通过滚动设置在机体上的滚筒实现机体行驶轨迹上网球的快速拾取，使智能网球拾取机器人在行进间完成网球的拾取。

值得注意的是，上述专利在一定程度使得网球拾取变得方便，减少了人工成本，但在没有进行的拾球路径的规划，通过拾取了一个球后再通过采集图像，决定拾球下一个网球，使得机器人在拾球场地中的行走路线是混乱的，造成拾球效率低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺点，提供一种机器人拾球方法与系统，结合规划的拾球路径，将拾球路径中的球一一拾取，增大拾球效率，使得球拾取更智能化。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种机器人拾球方法，包括以下步骤：

S1:获取待拾球场地的图片数据，根据所述图片数据计算图片中所有待拾取球的坐标，执行S2；

S2:根据所述球的坐标进行最优路径规划，生成待拾取球的拾取路径,执行S3；

S3:计算当前机器人的位置,执行S4；

S4:依次读取所述拾取路径中待拾取球的坐标并且根据对应机器人的位置，对所述拾取路径中的球一一拾取。

本发明的有益效果是，通过采集待拾取场地的图片数据，并且计算出所有待拾取球的坐标，根据所有球的坐标进行路径规划，再结合机器人的位置，按照规划的路径一一将球拾起，使得拾球过程井然有序，减少机器人在拾球场地中做无用功，增大拾球效率。

进一步，所述S1具体包括以下步骤：

S101:利用球颜色特征提取所述图像数据中的球的轮廓，执行S102；

S102:根据所述轮廓最高点，最低点，最左边点，最右边点坐标计算球中心点坐标，所述中心点坐标用于表示所述待拾取球的坐标。

采用上述进一步方案的有益效果是，使用颜色特征提取，例如通过HSV或RGB颜色转换后再进行二值化处理，将图片数据中球的轮廓提取出来，将目标区域与背景图分离，减少图片中其他物体的干扰，并且通过计算球的中心点坐标确定作为待拾取球的坐标使球定位位置更准确，方便机器人拾取。

进一步，所述S2具体包括如下步骤：

S201:将所述图像数据划分为n个竖格，并依次进行标记，记为K,其中K＝1…n,执行S202；

S202:令K＝1,执行S203；

S203:统计第K个竖格中的球数，记为m,以所述第K个竖格中位置最低的球为起始点，从下往上依次为球编号：1,2,3,...,m，起始点球编号记为i，令i＝1，j＝(1,m-1)，j代表与i连线的球编号,执行S204；

S204:计算所述第K个竖格中其余球与所述起始点的距离，记为dij，其中j＝(i+1,m)，执行S205；

S205:选择最短的dij并连接i和j，令i＝i+1，判断是否i<＝m-1，是，则执行S204,否，则执行S206；

S206:令K＝K+1，判断是否K<＝n,是，则执行S203，否，则执行S207；

S207:当K等于奇数时,第K个竖格内线段的尾部与第K+1个竖格内线段的尾部相连，当K等于偶数时，第K个竖格内线段的头部与第K+1个竖格内线段的头部相连，直到K＝n-1,以此作为待拾取球的拾取路径。

采用上述进一步方案的有益效果是，由于在采集待拾球场地的的图像时，很容易获取图片的大小，每个球在图片中有对应的坐标，将采集的图片分为若干个竖格，并且分别对每个竖格进行路径规，最后将所有竖格的路径联通即可形成一条机器人拾球球的拾取路径，使得机器人在拾取球的过程中井然有序，有效提高拾球效率，且路径规划原理简单有效，适于推广。

进一步，所述机器人包括机体、第一色板和第二色板，所述机体的中心位于所述第一色板的中心与第二色板的中心的连线的中点上，且所述第一色板和第二色板的尺寸不同，形状相同。

采用上述进一步方案的有益效果是，将机体的中心设置位于所述第一色板的中心与第二色板的中心的连线的中点上，并且第一色板和第二色板的尺寸不同，形状相同，方便通过第一色板和第二色板确定机器人的位置和前进方向，例如，第一色板尺寸较小，第二色板尺寸较大，将第一色板、机体、第二色板的中心点依次连接，以第一色板的朝向为机器人正前方，当第一色板和第二色板的位置都获取，即可确定机体的位置，在实际过程中还可使第一色板和第二色板颜色鲜艳，方便获取机器人的位置。

进一步，所述S3具体包括：

S301:在待拾球场地设置图像采集装置，以所述图像采集装置为坐标原点建立基础坐标系OXY，执行S302；

S302:获取所述第一色板中心的坐标，记为A(x,y)，获取第二色板中心的坐标，记为B(x₁,y₁)，连接A、B两点，记为线段L,以线段L的中心点为机器人坐标点，记为W(x₀,y₀),其中

执行S303；

S303:以B点为坐标原点，建立与所述基础坐标系OXY平行的机器人坐标系，记为0X1Y1,则，机器人在所述机器人坐标系0X1Y1中以x₂轴为参考点的角度θ，其中：

采用上述进一步方案的有益效果是，建立基础坐标系获取机器人在图像中的位置，建立机器人坐标系，获取机器人的方位，方便控制机器人行驶。

进一步，所述S4中拾取一个球的过程如下：

S401:定义待拾取球的坐标点为C(x₂,y₂),并且与第一色板A(x,y)、第二色板B(x₁,y₁)均在所述OXY坐标系中和机器人坐标系0X1Y1中表示，执行S402；

S402:规定从第二色板板B(x₁,y₁)中心点到第一色板A(x,y)中心点的方向为机器人前进方向；

S403:调整机器人的方向，使待拾取球与机器人前进方向一致，并直行进行拾球；

S404:根据所述拾取路径，重复S401-S403,直至所述拾取路径上的球均拾取完毕。

采用上述进一步方案的有益效果是，先通过将球在基础坐标系和机器人坐标系中标识出来，并且规定第一色板的中心到第二彩色的中心位机器人前进方向，当确定了待拾取球的方位，通过调整使机器人前进方向与待拾取球的方位一致，最后再直行拾取球，根据拾取路径，重复上述操作，将球一一拾起，有效增加拾球成功率。

一种机器人拾球系统，包括；

图像采集装置，所述图像采集装置设置于待拾球场地，用于采集待拾球场地的图片数据，并将所述图片数据发送给所述上位机；

上位机，用于接收所述图片数据，计算出所述图片数据中待拾取球的坐标，并根据所述待拾取球的坐标生成待拾取球的拾取路径并发送至所述控制装置；

控制装置，用于计算所述机器人的位置，并且根据所述待拾取球的拾取路径生成机器人控制指令；

机器人，用于根据所述机器人控制指令对所述拾取路径中的球进行一一拾取。

本发明的有益效果是，通过图像采集装置采集待拾取场地的图片数据，并且上位机计算出所有待拾取球的坐标，根据所有球的坐标进行路径规划，再结合机器人的位置，按照规划的路径控制机器人将一一将球拾起，使得拾球过程井然有序，减少机器人在拾球场地中做无用功，增大拾球效率。

进一步，所述上位机生成待拾取球的拾取路径的过程如下：

S201:将所述图像数据划分为n个竖格，并依次进行标记，记为K,其中K＝1…n,执行S202；

S202:令K＝1,执行S203；

S203:统计第K个竖格中的球数，记为m,以所述第K个竖格中位置最低的球为起始点，从下往上依次为球编号：1,2,3,...,m，起始点球编号记为i，令i＝1，j＝(1,m-1)，j代表与i连线的球编号,执行S204；

S204:计算所述第K个竖格中其余球与所述起始点的距离，记为dij，其中j＝(i+1,m)，执行S205；

S205:选择最短的dij并连接i和j，令i＝i+1，判断是否i<＝m-1，是，则执行S204,否，则执行S206；

S206:令K＝K+1，判断是否K<＝n,是，则执行S203，否，则执行S207；

S207:当K等于奇数时,第K个竖格内线段的尾部与第K+1个竖格内线段的尾部相连，当K等于偶数时，第K个竖格内线段的头部与第K+1个竖格内线段的头部相连，直到K＝n-1,以此作为待拾取球的拾取路径。

采用上述进一步方案的有益效果是，由于在采集待拾球场地的的图像时，很容易获取图片的大小，每个球在图片中有对应的坐标，将采集的图片分为若干个竖格，并且分别对每个竖格进行路径规，最后将所有竖格的路径联通即可形成一条机器人拾球球的拾取路径，使得机器人在拾取球的过程中井然有序，有效提高拾球效率，且路径规划原理简单有效，适于推广。

进一步，所述机器人包括机体、第一色板和第二色板，所述机体的中心位于所述第一色板的中心与第二色板的中心的连线的中点上。

采用上述进一步方案的有益效果是，将机体的中心设置位于所述第一色板的中心与第二色板的中心的连线的中点上，并且第一色板和第二色板的尺寸不同，形状相同，方便通过第一色板和第二色板确定机器人的位置和前进方向，例如，第一色板尺寸较小，第二色板尺寸较大，将第一色板、机体、第二色板的中心点依次连接，以第一色板的朝向为机器人正前方，当第一色板和第二色板的位置都获取，即可确定机体的位置，在实际过程中还可使第一色板和第二色板颜色鲜艳，方便获取机器人的位置。。

进一步，所述控制装置计算机器人的位置过程如下：

S301:在待拾球场地设置图像采集装置，以所述图像采集装置为坐标原点建立基础坐标系OXY，执行S302；

S302:获取所述第一色板中心的坐标，记为A(x,y)，获取第二色板中心的坐标，记为B(x₁,y₁)，连接A、B两点，记为线段L,以线段L的中心点为机器人坐标点，记为W(x₀,y₀),其中

执行S303；

S303:以B点为坐标原点，建立与所述基础坐标系OXY平行的机器人坐标系，记为0X1Y1,则，机器人在所述机器人坐标系0X1Y1中以x₂轴为参考点的角度θ，其中：

采用上述进一步方案的有益效果是，建立基础坐标系获取机器人在图像中的位置，建立机器人坐标系，获取机器人的方位，方便控制机器人行驶。

附图说明

图1为本发明使用颜色特征提取后图像；

图2为本发明一个实施例中将图像划分为6个竖格的图像；

图3为本发明一个实施例中6个竖格分别进行路径规划的图像；

图4为本发明一个实施例中的机器人的拾球路径；

图5为本发明使用的机器人结构简图；

图6为本发明基础坐标系和机器人坐标系的位置关系图；

图7为本发明一个实施例中m＜n时，机器人和待拾取球的位置关系；

图8为本发明一个实施例中m＞n时，机器人和待拾取球的位置关系；

图9为本发明一个实施例中BC∈f＝1且BA∈f＝2时，机器人和球的位置关系；

图10为本发明一个实施例中BC∈f＝1且BA∈f＝3时，机器人和待拾取球的位置关系；

图11为本发明一个实施例中BC∈f＝1且BA∈f＝4时，机器人和待拾取球的位置关系；

图12为本发明一种机器人拾球系统连接关系图；

图13为本发明S2的具体步骤。

图中:1、矫正摄像头；2、第二色板；3、第一色板；4、收集装置；401、滚筒；402、支撑杆；5、车轮。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下。

实施例1

一种机器人拾球方法，包括以下步骤：

S1:获取待拾球场地的图片数据，根据所述图片数据计算图片中所有待拾取球的坐标，执行S2；

S2:根据所述球的坐标进行最优路径规划，生成待拾取球的拾取路径,执行S3；

S3:计算当前机器人的位置,执行S4；

S4:依次读取所述拾取路径中待拾取球的坐标并且根据对应机器人的位置，对所述拾取路径中的球一一拾取。

通过采集待拾取场地的图片数据，并且计算出所有待拾取球的坐标，根据所有球的坐标进行路径规划，再结合机器人的位置，按照规划的路径一一将球拾起，使得拾球过程井然有序，减少机器人在拾球场地中做无用功，增大拾球效率。其中，待拾取球可以是网球、兵乓球、篮球等球体，在本实施例中以网球为例。

所述S1具体包括以下步骤：

S101:利用球颜色特征提取所述图像数据中的球的轮廓，执行S102；

S102:根据所述轮廓最高点，最低点，最左边点，最右边点坐标计算球中心点坐标，所述中心点坐标用于表示所述待拾取球的坐标。

参照图1，使用颜色特征提取，例如通过HSV或RGB颜色转换后再进行二值化处理，将图片数据中球的轮廓提取出来，将目标区域与背景图分离，减少图片中其他物体的干扰，并且通过计算球的中心点坐标确定作为待拾取球的坐标使球定位位置更准确，方便机器人拾取。

参照图13，所述S2具体包括如下步骤：

S201:将所述图像数据划分为n个竖格，并依次进行标记，记为K,其中K＝1…n,执行S202；参照图2，在本实时例中划分为6个竖格，则n＝6，值得注意的是，划分的时候尽量使同一水平线上的竖格在不同的竖格。

S202:令K＝1,执行S203；

S203:统计第K个竖格中的球数，记为m,以所述第K个竖格中位置最低的球为起始点，从下往上依次为球编号：1,2,3,...,m，起始点球编号记为i，令i＝1，j＝(1,m-1)，j代表与i连线的球编号,执行S204；

S204:计算所述第K个竖格中其余球与所述起始点的距离，记为dij，其中j＝(i+1,m)，执行S205；

S205:选择最短的dij并连接i和j，令i＝i+1，判断是否i<＝m-1，是，则执行S204,否，则执行S206；

S206:令K＝K+1，判断是否K<＝n,是，则执行S203，否，则执行S207；

S207:当K等于奇数时,第K个竖格内线段的尾部与第K+1个竖格内线段的尾部相连，当K等于偶数时，第K个竖格内线段的头部与第K+1个竖格内线段的头部相连，直到K＝n-1,以此作为待拾取球的拾取路径。

由于在采集待拾球场地的的图像时，很容易获取图片的大小，每个球在图片中有对应的坐标，将采集的图片分为若干个竖格，并且分别对每个竖格进行路径规，每个竖格规划的路径参照图3，最后将所有竖格的路径联通即可形成一条机器人拾球球的拾取路径，参照图4，使得机器人在拾取球的过程中井然有序，有效提高拾球效率，且路径规划原理简单有效，适于推广。

所述机器人包括机体、第一色板3和第二色板2，所述机体的中心位于所述第一色板3的中心与第二色板2的中心的连线的中点上，且所述第一色板3和第二色板2的尺寸不同，形状相同。

将机体的中心设置位于所述第一色板3的中心与第二色板2的中心的连线的中点上，并且第一色板3和第二色板2的尺寸不同，形状相同，方便通过第一色板3和第二色板2确定机器人的位置和前进方向，例如，第一色板3尺寸较小，第二色板2尺寸较大，将第一色板3、机体、第二色板2的中心点依次连接，以第一色板3的朝向为机器人正前方，当第一色板3和第二色板2的位置都获取，即可确定机体的位置，在实际过程中还可使第一色板3和第二色板2颜色鲜艳，方便获取机器人的位置。

所述S3具体包括：

S301:在待拾球场地设置图像采集装置，以所述图像采集装置为坐标原点建立基础坐标系OXY，执行S302；

S302:获取所述第一色板3中心的坐标，记为A(x,y)，获取第二色板2中心的坐标，记为B(x₁,y₁)，连接A、B两点，记为线段L,以线段L的中心点为机器人坐标点，记为W(x₀,y₀),其中

执行S303；

S303:以B点为坐标原点，建立与所述基础坐标系OXY平行的机器人坐标系，记为0X1Y1,则，机器人在所述机器人坐标系0X1Y1中以x₂轴为参考点的角度θ，其中：

参照图6，建立基础坐标系获取机器人在图像中的位置，建立机器人坐标系，获取机器人的方位，方便控制机器人行驶。图像采集装置可采用高清相机。

所述S4中拾取一个球的过程如下：

S401:定义待拾取球的坐标点为C(x₂,y₂),并且与第一色板3A(x,y)、第二色板2B(x₁,y₁)均在所述OXY坐标系中和机器人坐标系0X1Y1中表示，执行S402；

S402:规定从第二色板2B(x₁,y₁)中心点到第一色板3A(x,y)中心点的方向为机器人前进方向；

S403:调整机器人的方向，使待拾取球与机器人前进方向一致，并直行进行拾球；

S404:根据所述拾取路径，重复S401-S403,直至所述拾取路径上的球均拾取完毕。

具体实施时，机器人调整方向可按如下规则：

连接BA、BC，在O₁X₁Y₁坐标系中BA与O₁Y₁存在夹角n,BC与O₁Y₁存在夹角m。设f为象限值，则f＝{1,2,3,4}；

若m＜n，其中α为允许角度误差值，表示球在机器人左边，则控制机器人左转，直至m-α<n<m+α；如图7所示；

若m＞n，表示球在机器人右边，则控制机器人右转，直至m-α<n<m+α；如图8所示。

例如，当BC∈f＝1且BA∈f＝1时，若m-α<n<m+α，则表示机器人与即将拾取的球共线，可控制机器人直接前进拾取球；

当BC∈f＝1且BA∈f＝2时，表示球在第一象限，机器人在第二象限，则控制机器人右转直至m-α<n<m+α；如图9所示。

当BC∈f＝1且BA∈f＝3时，表示球在第一象限，机器人在第三象限，则控制机器人右转直至m-α<n<m+α；如图10所示。

当BC∈f＝1且BA∈f＝4时，表示球在第一象限，机器人在第四象限，则控制机器人左转直至m-α<n<m+α；如图11所示。

当BC∈f＝{2,3,4}时，同理操作即可得到球在不同象限时机器人该选择的方向，以此思路直至拾取路径规划中的所有球。

先通过将球在基础坐标系和机器人坐标系中标识出来，并且规定第一色板3的中心到第二彩色的中心位机器人前进方向，当确定了待拾取球的方位，通过调整使机器人前进方向与待拾取球的方位一致，最后再直行拾取球，根据拾取路径，重复上述操作，将球一一拾起，有效增加拾球成功率。

实施例2

参照图12，在实施1的基础上，一种机器人拾球系统，包括；图像采集装置，所述图像采集装置设置于待拾球场地，用于采集待拾球场地的图片数据，并将所述图片数据发送给所述上位机；

上位机，用于接收所述图片数据，计算出所述图片数据中待拾取球的坐标，并根据所述待拾取球的坐标生成待拾取球的拾取路径并发送至所述控制装置；

控制装置，用于计算所述机器人的位置，并且根据所述待拾取球的拾取路径生成机器人控制指令；

机器人，用于根据所述机器人控制指令对所述拾取路径中的球进行一一拾取。

通过图像采集装置采集待拾取场地的图片数据，并且上位机计算出所有待拾取球的坐标，根据所有球的坐标进行路径规划，再结合机器人的位置，按照规划的路径控制机器人将一一将球拾起，使得拾球过程井然有序，减少机器人在拾球场地中做无用功，增大拾球效率。

值得说明的是，在本实施例中上机位采用计算机，控制装置可设置在机器人上，图像采集装置采用高清相机，控制装置和高清相机分别与电脑进行无线通信，控制装置控制机器人行驶。控制装置的硬件装置可包括中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可包括其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

控制装置的硬件装置还包括存储器。存储器可以是处理器的内部存储单元，例如处理器的硬盘或内存。存储器也可以是处理器的外部存储设备，例如处理器上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。存储器还可以既包括处理器的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器用于存储计算机程序以及处理器所需的其他程序和数据。存储器还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

参照图13，所述上位机生成待拾取球的拾取路径的过程如下：

S201:将所述图像数据划分为n个竖格，并依次进行标记，记为K,其中K＝1…n,执行S202；

S202:令K＝1,执行S203；

S203:统计第K个竖格中的球数，记为m,以所述第K个竖格中位置最低的球为起始点，从下往上依次为球编号：1,2,3,...,m，起始点球编号记为i，令i＝1，j＝(1,m-1)，j代表与i连线的球编号,执行S204；

S204:计算所述第K个竖格中其余球与所述起始点的距离，记为dij，其中j＝(i+1,m)，执行S205；

S205:选择最短的dij并连接i和j，令i＝i+1，判断是否i<＝m-1，是，则执行S204,否，则执行S206；

S206:令K＝K+1，判断是否K<＝n,是，则执行S203，否，则执行S207；

S207:当K等于奇数时,第K个竖格内线段的尾部与第K+1个竖格内线段的尾部相连，当K等于偶数时，第K个竖格内线段的头部与第K+1个竖格内线段的头部相连，直到K＝n-1,以此作为待拾取球的拾取路径。

由于在采集待拾球场地的的图像时，很容易获取图片的大小，每个球在图片中有对应的坐标，将采集的图片分为若干个竖格，并且分别对每个竖格进行路径规，最后将所有竖格的路径联通即可形成一条机器人拾球球的拾取路径，使得机器人在拾取球的过程中井然有序，有效提高拾球效率，且路径规划原理简单有效，适于推广。

所述机器人包括机体、第一色板3和第二色板2，所述机体的中心位于所述第一色板3的中心与第二色板2的中心的连线的中点上。

参照图5，将机体的中心设置位于所述第一色板3的中心与第二色板2的中心的连线的中点上，并且第一色板3和第二色板2的尺寸不同，形状相同，方便通过第一色板3和第二色板2确定机器人的位置和前进方向，例如，第一色板3尺寸较小，第二色板2尺寸较大，将第一色板3、机体、第二色板2的中心点依次连接，以第一色板3的朝向为机器人正前方，当第一色板3和第二色板2的位置都获取，即可确定机体的位置，在实际过程中还可使第一色板3和第二色板2颜色鲜艳，方便获取机器人的位置。

值得说明的是，在本实施例中，拾球机器人采用如图5所示机器人，所述机器人包括机体，所述机体上设置有用于机体行驶的驱动装置、控制机体行驶的控制装置以及用于收集球的收集装置4，所述收集装置4包括滚筒401，所述滚筒401轴线方向水平设置，滚筒401的侧壁设置有若干沿滚筒401周向均匀分布的支撑杆402，相邻支撑杆402之间形成有与容纳腔相连通的拾取通道，第一色板3和第二色板2分别设置在机体的两侧，使机体的中心点位于第一色板3与第二色板2的中心点的连线的中点上，此外机体上还设置有矫正摄像头1，用于精准定位，保证拾球的准确性。其中支撑杆402具有弹性，相邻支撑杆402之间的距离小于待拾取球体直径的0.1mm～2mm之间，当收集装置4碾压球时即可将球拾取。

在本实施例中，控制装置采用基于STM32F103b6芯片的最小系统，并按预先设计好的算法控制驱动模块驱动机器人做相应动作，动作执行结束后，通过无线收发模块返回动作执行结束应答信号，STM32F103b6芯片分别与驱动模块、无线连接模块、陀螺仪模块、电源管理模块连接，无线连接模块采用WIFI数据收发模块，驱动模块使用大功率MOS管组成的H桥电路实现对电机正反转控制；WIFI数据收发模块通过无线网络实现与上位机的实时数据通讯，并将数据通过RS232通讯协议实时传输给STM32F103B6最小系统；

所述控制装置计算机器人的位置过程如下：

所述S3具体包括：

S301:在待拾球场地设置图像采集装置，以所述图像采集装置为坐标原点建立基础坐标系OXY，执行S302；

S302:获取所述第一色板3中心的坐标，记为A(x,y)，获取第二色板2中心的坐标，记为B(x₁,y₁)，连接A、B两点，记为线段L,以线段L的中心点为机器人坐标点，记为W(x₀,y₀),其中

执行S303；

S303:以B点为坐标原点，建立与所述基础坐标系OXY平行的机器人坐标系，记为0X1Y1,则，机器人在所述机器人坐标系0X1Y1中以x₂轴为参考点的角度θ，其中：

参照图6，建立基础坐标系获取机器人在图像中的位置，建立机器人坐标系，获取机器人的方位，方便控制机器人行驶。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护。

Claims (10)

1.一种机器人拾球方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1:获取待拾球场地的图片数据，根据所述图片数据计算图片中所有待拾取球的坐标，执行S2；

S2:根据所述待拾取球的坐标进行最优路径规划，生成待拾取球的拾取路径,执行S3；

S3:计算当前机器人的位置,执行S4；

S4:依次读取所述拾取路径中待拾取球的坐标并且根据对应机器人的位置，对所述拾取路径中的球一一拾取。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S1具体包括以下步骤：

S101:利用球颜色特征提取所述图像数据中的球的轮廓，执行S102；

S102:根据所述轮廓最高点，最低点，最左边点，最右边点坐标计算球中心点坐标，所述中心点坐标用于表示所述待拾取球的坐标。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述S2具体包括如下步骤：

S201:将所述图像数据划分为n个竖格，并依次进行标记，记为K,其中K＝1…n,执行S202；

S202:令K＝1,执行S203；

S203:统计第K个竖格中的球数，记为m,以所述第K个竖格中位置最低的球为起始点，从下往上依次为球编号：1,2,3,...,m，起始点球编号记为i，令i＝1，j＝(1,m-1)，j代表与i连线的球编号,执行S204；

S204:计算所述第K个竖格中其余球与所述起始点的距离，记为dij，其中j＝(i+1,m)，执行S205；

S205:选择最短的dij并连接i和j，令i＝i+1，判断是否i<＝m-1，是，则执行S204,否，则执行S206；

S206:令K＝K+1，判断是否K<＝n,是，则执行S203，否，则执行S207；

S207:当K等于奇数时,第K个竖格内线段的尾部与第K+1个竖格内线段的尾部相连，当K等于偶数时，第K个竖格内线段的头部与第K+1个竖格内线段的头部相连，直到K＝n-1,以此作为待拾取球的拾取路径。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述机器人包括机体、第一色板(3)和第二色板(2)，所述机体的中心位于所述第一色板(3)的中心与第二色板(2)的中心的连线的中点上，且所述第一色板(3)和第二色板(2)的尺寸不同，形状相同。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述S3具体包括：

S301:在待拾球场地设置图像采集装置，以所述图像采集装置为坐标原点建立基础坐标系OXY，执行S302；

S302:获取所述第一色板(3)中心的坐标，记为A(x,y)，获取第二色板(2)中心的坐标，记为B(x₁,y₁)，连接A、B两点，记为线段L,以线段L的中心点为机器人坐标点，记为W(x₀,y₀),其中

执行S303；

S303:以B点为坐标原点，建立与所述基础坐标系OXY平行的机器人坐标系，记为0X1Y1,则，机器人在所述机器人坐标系0X1Y1中以x₂轴为参考点的角度θ，其中：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述S4中拾取一个球的过程如下：

S401:定义待拾取球的坐标点为C(x₂,y₂),并且与第一色板(3)A(x,y)、第二色板(2)B(x₁,y₁)均在所述OXY坐标系中和机器人坐标系0X1Y1中表示，执行S402；

S402:规定从第二色板(2)板B(x₁,y₁)中心点到第一色板(3)A(x,y)中心点的方向为机器人前进方向；

S403:调整机器人的方向，使待拾取球与机器人前进方向一致，并直行进行拾球；

S404:根据所述拾取路径，重复S401-S403,直至所述拾取路径上的球均拾取完毕。

7.一种机器人拾球系统，其特征在于，包括；

图像采集装置，所述图像采集装置设置于待拾球场地，用于采集待拾球场地的图片数据，并将所述图片数据发送给所述上位机；

上位机，用于接收所述图片数据，计算出所述图片数据中待拾取球的坐标，并根据所述待拾取球的坐标生成待拾取球的拾取路径并发送至所述控制装置；

控制装置，用于计算所述机器人的位置，并且根据所述待拾取球的拾取路径生成机器人控制指令；

机器人，用于根据所述机器人控制指令对所述拾取路径中的球进行一一拾取。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述上位机生成待拾取球的拾取路径的过程如下：

S201:将所述图像数据划分为n个竖格，并依次进行标记，记为K,其中K＝1…n,执行S202；

S202:令K＝1,执行S203；

S203:统计第K个竖格中的球数，记为m,以所述第K个竖格中位置最低的球为起始点，从下往上依次为球编号：1,2,3,...,m，起始点球编号记为i，令i＝1，j＝(1,m-1)，j代表与i连线的球编号,执行S204；

S204:计算所述第K个竖格中其余球与所述起始点的距离，记为dij，其中j＝(i+1,m)，执行S205；

S205:选择最短的dij并连接i和j，令i＝i+1，判断是否i<＝m-1，是，则执行S204,否，则执行S206；

S206:令K＝K+1，判断是否K<＝n,是，则执行S203，否，则执行S207；

S207:当K等于奇数时,第K个竖格内线段的尾部与第K+1个竖格内线段的尾部相连，当K等于偶数时，第K个竖格内线段的头部与第K+1个竖格内线段的头部相连，直到K＝n-1,以此作为待拾取球的拾取路径。

9.根据权利要求7或8所述系统，其特征在于，所述机器人包括机体、第一色板(3)和第二色板(2)，所述机体的中心位于所述第一色板(3)的中心与第二色板(2)的中心的连线的中点上。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述控制装置计算机器人的位置过程如下：

S301:在待拾球场地设置图像采集装置，以所述图像采集装置为坐标原点建立基础坐标系OXY，执行S302；

S302:获取所述第一色板(3)中心的坐标，记为A(x,y)，获取第二色板(2)中心的坐标，记为B(x₁,y₁)，连接A、B两点，记为线段L,以线段L的中心点为机器人坐标点，记为W(x₀,y₀),其中

执行S303；

S303:以B点为坐标原点，建立与所述基础坐标系OXY平行的机器人坐标系，记为0X1Y1,则，机器人在所述机器人坐标系0X1Y1中以x₂轴为参考点的角度θ，其中：

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