电子信息技术

本发明所述的用于机器人拾取的地面羽毛球位姿检测方法，运用图像分析技术识别与处理运动羽毛球的基础上，区分并测算静止于地面上的平躺和竖立羽毛球的位置和姿态，为机器人精确、无损伤的拾取羽毛球提供重要的数据支撑，也为与发球机对接，形成用于羽毛球训练的发、捡球智能循环系统奠定基础。该方法包括以下步骤：通过RGB‑D相机采集二维彩色图像和深度图像，建立相机三维坐标系OXYZ以及二维图像坐标和相机三维坐标之间的对应关系；通过三帧差分算法分析并去除二维图像中被识别为运动羽毛球的区域；识别包含平躺和竖立羽毛球的目标图像矩形框；通过单位姿态矢量表征羽毛球的姿态；计算用于机器人拾取的中心位置点坐标。

羽毛球作为一项历史悠久的体育运动，已有大量的羽毛球爱好者和专业运动员参与其中。随着机器人和人工智能技术的不断发展，自动发球机已应用于羽毛球训练过程，这就需要在羽毛球场反复的拾取羽毛球。已公开的专利CN 113041578 A，名称为一种基于形态特征和单目测量的机器人自主捡球方法，其技术方案是通过扫入式设备拾取羽毛球。这种方式拾取的羽毛球是无序摆放的，无法同发球机衔接；羽毛球在被扫入时毛片容易受到挤压而损伤。通过机器人准确的夹取羽毛球较坚硬的球头部，可以在不损伤羽毛球的基础上将其精确、有序的放在发球机指定的位置，为发球机持续的补充羽毛球，从而实现发球机发球、训练人员回接球、智能机器人捡球、发球机再发球的循环，提高训练效率。

通过机器视觉和图像处理技术计算地面羽毛球位姿是机器人捡球的前提条件。已公开的专利CN110648362A，名称为一种双目立体视觉的羽毛球定位识别与姿态计算方法，其技术方案主要是利用Faster‑RCNN深度神经网络识别羽毛球在图像中的位置；再利用双目立体视觉对识别出的羽毛球进行三维重建，确定羽毛球的空间位置；最后提取羽毛球清晰的边缘，计算羽毛球实时姿态角。该方案一方面仅针对平躺于球场上的羽毛球进行位置和姿态的计算，并未考虑竖立的羽毛球；另一方面，仅计算出羽毛球整体空间位置，并没有进一步计算用于机器人拾取的关键点坐标。另外，为了提高效率，发球机持续发球时机器人不会等所有球都发完才去捡球，而是边发球边捡球。因此视觉系统所拍摄的图像中既包含空中运动的羽毛球，也包含地面静止的羽毛球，如何区分两者上述专利并未考虑，缺少相应的识别与处理手段。

本申请提出的用于机器人拾取的地面羽毛球位姿检测方法具有以下优点：1、本申请符合现有智能化羽毛球训练系统及方法的使用要求，在视觉系统测算地面羽毛球姿态的基础上，通过计算球头胶条区域关键点坐标确定机器人拾取中心点的位置，为机器人精确、无损伤的拾取羽毛球提供重要的数据支撑，有利于实现与发球机的精准对接，保障发球机发球、训练人员回接球、机器人捡球与发球机再发球的全自动化循环，训练效率与使用效果均较明显。

2、本申请针对静止于地面的羽毛球进行位姿检测，排除了运动羽毛球的干扰，同时能够准确地区分与测算平躺和竖立羽毛球的具体位置与姿态，提高了机器人拾取的准确性和效率。

3、本申请提出将机器人拾取的关键点定位于较为坚硬的球头胶条区域，既有利于机器人快速准确地拾取，又能保证羽毛球的羽毛部分不受损伤，有利于提高羽毛球的使用寿命。

4、本申请提出的图像识别与位姿检测技术能够同时检测出静止于地面的多个羽毛球，有利于提高机器人拾取的效率。