[发明专利]一种基于机器视觉的乒乓球拾取移动机器人及控制方法

权利要求书

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；

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，包括：

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；

对待拾取乒乓球图像使用HSV模型与霍夫圆检测方法确定待拾取乒乓球的图像坐标系下的坐标；

并将待拾取乒乓球的图像坐标系下的坐标转换为机械手臂基座坐标系下的坐标；

所述将待拾取乒乓球的图像坐标系下的坐标转换为机械手臂基座坐标系下的坐标具体为：

先将图像坐标系绕其x轴旋转α角，再绕y轴旋转β角，得到图像坐标(x,y)到机械手臂坐标(X,Y)的转换关系，(m,n)为两个极坐标系的位移：

令a＝cosα,b＝sinα,c＝cosβ,d＝sinβ

已知三个像素点在图像中的图像坐标系的图像坐标(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3)及其这三个像素点对应的在机械手臂基坐标系的坐标(X1,Y1),(X2,Y2),(X3,Y3)：

任意一点图像坐标系的图像坐标(x,y)转为机械手臂基坐标系的坐标(X,Y)：

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；

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。