基于改进YOLOv7算法的生活垃圾识别与抓取规划研究.pdf
基于改进YOLOv7算法的生活垃圾识别与抓取规划研
究
摘要
物质生活的极大丰富,必然会导致生活消费的快速增长,生活垃圾越来越多,
垃圾处理和垃圾再次回收利用成为城市管理的难题。目前,垃圾分拣和回收主要采
用人工方式,效率低、成本高,且垃圾分拣现场环境恶劣,危害操作人员的健康。
因此,垃圾分拣的机械化、自动化与智能化技术与方法急需研究与应用。本文针对
可回收生活垃圾的再次分拣难题,研究一种基于深度学习的生活垃圾识别与抓取
规划方法。采用机器人代替人,完成重复性的垃圾识别与分拣工作,降低垃圾分拣
成本,提高垃圾分类效率。主要研究内容如下:
首先,通过对几种常见的基于深度学习的目标检测算法进行对比分析,通过对
生活垃圾的目标检测分析,从应用场景、检测速度和检测精度三个方面综合考虑,
比较各种算法的优缺点,确定本文的研究方法,YOLOv7算法满足生活垃圾检测与
分拣的速度和精度要求。
其次,针对YOLOv7算法用于目标检测时,对目标被遮挡较为敏感,对算法
进行改进。在网络结构的Head部分添加了DenseNet密集卷积网络模块,以提高
对目标的特征重用能力。针对YOLOv7算法训练时间较长且资源受限的问题,添
加了一个即用即插的轻量级模块GhostNet神经网络,减少特征冗余,达到图像增
强的效果。结合开源数据集TrashNet与自制数据集进行模型训练,对比YOLOv7
算法改进前后模型的性能指标,验证了改进后的YOLOv7算法用于目标检测的性
能得到提高。
再次,为了保证对目标的准确抓取,研究了机械臂抓取规划方法。提出了基于
YOLOv7算法的目标位姿预测方法,只保留YOLOv7算法的两个特征层进行预测,
在满足抓取规划需求的前提下,简化网络层结构,减少算法的运算量,满足算法的
实用性要求。
最后,搭建了机械臂生活垃圾抓取实验系统,并进行了实验。对深度相机进行
了内外参标定,对机械臂进行了手眼标定。运行改进的YOLOv7算法,对深度相
机拍摄的生活垃圾进行目标检测,并通过YOLOv7算法对目标位姿的预测,获得
-I-
抓取目标的位置和角度,控制机械臂对目标进行抓取。通过实验数据的分析和算法
性能指标的计算与对比,验证了本文提出方法的有效性。
关键词YOLOv7算法;目标检测;垃圾识别;深度相机;机械臂抓取
-II-
ResearchonDomesticWasteIdentificationand
GrabbingPlanningBasedonImprovedYOLOv7
Algorithm
Abstract
Thegreatrichnessofmateriallifewillinevitablyleadtotherapidgrowthofliving
consumptionandmoreandmoredomesticgarbage.Garbagedisposalandrecyclinghave
becomeadifficultprobleminurbanmanagement.Atpresent,garbagesortingand
recyclingmainlyadoptmanualmethods,whichhavelowefficiencyandhighcost,and
theenvironmentofgarbagesortingsiteisbad,endangeringthehealthofoperators.
Therefore,thetechnologiesandmethodsofmechanization,automationandintelligence
ofgarbagesortingareinurgentneedof