基于深度学习的自动拾取网球机器人
DOI:
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作者:
作者单位:

1.桂林电子科技大学信息与通信学院 桂林 541004; 2.桂林电子科技大学卫星导航定位与位置服务国家地方联合工程研究中心 桂林 541004

作者简介:

通讯作者:

中图分类号:

TP242;TN919.8

基金项目:

国家自然科学基金(62101147)、广西自然科学基金(桂科2020GXNSFAA159146)、广西创新驱动发展专项(桂科AA21077008)、教育部重点实验室基金(CRKL190108)项目资助


Automatic tennis ball collection robot based on deep learning
Author:
Affiliation:

1.School of Information and Communication, Guilin University of Electronic Technology,Guilin 541004, China; 2.National and Local Joint Engineering Research Center for Satellite Navigation, Positioning and Location Services, Guilin University of Electronic Technology,Guilin 541004, China

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    摘要:

    本文提出了一种基于深度学习的自动拾取网球机器人,旨在解决网球场地人工捡球效率低、耗时长的问题。该机器人通过集成树莓派5B主控板、STM32RCT6单片机、USB摄像头和无刷直流电机等硬件模块,结合轻量化的YOLOv11、改进的DBSCAN聚类路径规划算法、双闭环PID算法以及碾压滚轴式的捡球机械结构,实现了对网球的高效识别、路径优化和自主拾取。研究中对YOLOv11进行了轻量化改进,采用StarNet主干网络、C3k2_Faster模块和共享卷积轻量化检测头SCLD-Head,显著降低了模型的计算需求。实验结果表明,改进后的模型参数量减少了80.8%,GFLOPs仅为1.7,mAP@0.75达到0.980 6,检测速度达到129.7 fps。此外,基于DBSCAN聚类算法的路径规划通过密度聚类和距离加权模型优化了捡球路径,提高了机器人在复杂环境下的适应性和鲁棒性。实验结果表明,该模型成功部署于树莓派平台后,系统能够在不同光照条件下准确识别网球,并达到9~12 fps的检测速度,单次可拾取7~9个网球,能够显著提升网球拾取效率,具有重要的应用价值和市场潜力。

    Abstract:

    This paper presents a deep learning-based autonomous tennis ball retrieval robot designed to address the inefficiencies of manual ball collection. The robot integrates a Raspberry Pi 5B, STM32RCT6 microcontroller, USB camera, and brushless DC motors. Combining a lightweight YOLOv11, an improved DBSCAN clustering-based path planning algorithm, a dual-loop PID controller, and a roller-based collection mechanism, the robot achieves efficient tennis ball recognition, optimized path planning, and autonomous retrieval. The YOLOv11 model was lightened using a StarNet backbone, C3k2_Faster module, and shared convolutional lightweight detection head, significantly reducing computational demands. Experimental results show an 80.8% reduction in parameters, a GFLOPs of only 1.7, an mAP@0.75 of 0.980 6, and a detection speed of 129.7 fps. The DBSCAN-based path planning, optimized through density clustering and a distance-weighted model, enhances the robot′s adaptability and robustness in complex environments. Deployed on a Raspberry Pi, the system accurately recognizes tennis balls under varying lighting conditions, achieves a detection speed of 9~12 fps, and retrieves 7~9 balls per run, demonstrating significantly improved retrieval efficiency and promising practical applications.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

梁宏宇,闫坤,郝航勃.基于深度学习的自动拾取网球机器人[J].电子测量技术,2026,49(3):213-222

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