本發(fā)明涉及機(jī)器人領(lǐng)域，具體涉及一種機(jī)器視覺的網(wǎng)球自動(dòng)撿球機(jī)器人，。
背景技術(shù)：
網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)作為一項(xiàng)盛行于全世界的球類運(yùn)動(dòng)，它運(yùn)動(dòng)量可靈活調(diào)節(jié)，是種很好的有氧運(yùn)動(dòng)，并且還可以鍛煉思維及反應(yīng)速度，所以現(xiàn)在打網(wǎng)球的人越來越多。在練習(xí)網(wǎng)球時(shí)，球場(chǎng)上會(huì)散落許多球，每打出一次都會(huì)有一個(gè)球散落在一個(gè)不同的地方，所以撿球成了一個(gè)繁瑣的問題。
現(xiàn)對(duì)于網(wǎng)球的撿球問題主要有以下幾種方式：
1、人工撿球，這是一種較為常用的撿球方式，這種撿球方式就是，耗費(fèi)人力，每個(gè)球場(chǎng)至少安排一人撿球，這樣撿球人員工作量較大，且消耗體力較多。
2、人工加撿球工具，包括撿球車和撿球器等，如專利號(hào)為200320128160.1，專利名稱為易于移動(dòng)及撿球的網(wǎng)球撿球籃；專利號(hào)為201620407372.0，專利名稱為一種便攜筒狀網(wǎng)球撿球器；專利號(hào)為201520503738.x，專利名稱為一種圓筒形網(wǎng)球撿球器等，這類撿球方式雖相較于完全人工撿球提高效率，但還是得人工參加，也是每個(gè)球場(chǎng)至少安排一人撿球，這樣的人也是人力投入較大。
3、自主撿網(wǎng)球機(jī)器人，如專利號(hào)為200810183233.4，專利名稱為自主撿球機(jī)器人；及專利號(hào)為201520990978.7，專利名稱為一種可遠(yuǎn)程遙控的網(wǎng)球撿球器等，此類撿球方式要么效率較低，智能性較差；要么需對(duì)整個(gè)訓(xùn)練場(chǎng)建立復(fù)雜監(jiān)控系統(tǒng)再配合撿球，包括上位機(jī)，撿球系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等，這類撿球方式本身成本較高，具對(duì)場(chǎng)地有局限性，只能在固定場(chǎng)使用。
因此，針對(duì)當(dāng)前網(wǎng)球撿球效率不高、人力成本較大以及現(xiàn)有撿球工具缺乏等問題，需要設(shè)計(jì)出使用方便，成本較低，智能化高，適合多種網(wǎng)球場(chǎng)的撿球工具。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是為了解決上述技術(shù)問題，提供一種機(jī)器視覺的網(wǎng)球自動(dòng)撿球機(jī)器人，該機(jī)器人智能化程度高，設(shè)計(jì)靈活，操作簡單，可有效降低人力成本，實(shí)現(xiàn)高效率撿球。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
一種機(jī)器視覺的網(wǎng)球自動(dòng)撿球機(jī)器人，包括撿球裝置，控制系統(tǒng)，頂部一側(cè)與撿球裝置可拆卸連接的集球箱，以及安裝在撿球裝置上的輔助撿球機(jī)械臂；所述控制系統(tǒng)包括設(shè)置在撿球裝置與集球箱之間的系統(tǒng)殼，設(shè)置在系統(tǒng)殼內(nèi)的主控mcu，設(shè)置在系統(tǒng)殼上并與主控mcu相連的供電單元、顯示器單元、避障單元和牽引單元，以及設(shè)置在撿球裝置頂部中間并與主控mcu相連的雙目攝像頭；所述撿球裝置底部設(shè)有前車輪，所述集球箱底部設(shè)有后車輪。
具體的說，所述撿球裝置包括殼體，設(shè)置在殼體內(nèi)的傳送帶式撿球結(jié)構(gòu)；所述撿球結(jié)構(gòu)包括位于上方的主動(dòng)齒輪z和位于下方的從動(dòng)齒輪w，鏈接在齒輪z和齒輪w外、并可在齒輪z的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)球帶，以及水平方向垂直設(shè)置在運(yùn)球帶上的多個(gè)撿球葉輪；所述齒輪z和齒輪w相互平行、且齒輪z和齒輪w的連線與地面呈45～70°角；所述相鄰兩個(gè)撿球葉輪之間的間距為網(wǎng)球直徑的1.2～1.5倍；所述齒輪z與牽引單元相連、并可在牽引單元帶動(dòng)下自轉(zhuǎn)；所述殼體整體結(jié)構(gòu)與撿球結(jié)構(gòu)相匹配、且殼體與撿球結(jié)構(gòu)之間的間距小于網(wǎng)球直徑；所述殼體下端設(shè)有與地面垂直的進(jìn)球口，所述進(jìn)球口兩側(cè)設(shè)有擋球板，進(jìn)球口上邊沿到齒輪w的連線垂直于運(yùn)球帶；所述殼體上端、與集球箱相接處設(shè)有出球口，所述出球口下邊沿到齒輪z的連線垂直與運(yùn)球帶。
具體的說，所述輔助撿球機(jī)械臂包括一端設(shè)置在撿球裝置殼體側(cè)面的連接臂，以及連接臂另一端上依次連接的至少兩節(jié)活動(dòng)臂，設(shè)置在連接臂與撿球裝置連接處、可實(shí)現(xiàn)垂直地面180°轉(zhuǎn)動(dòng)的第一舵機(jī)，以及設(shè)置在連接臂與活動(dòng)臂連接處和相鄰活動(dòng)臂連接處、可實(shí)現(xiàn)720°轉(zhuǎn)動(dòng)的第二舵機(jī)；所述第一舵機(jī)和每個(gè)第二舵機(jī)均與主控mcu相連。
更具體的說，所述供電單元包括電壓轉(zhuǎn)換器，與電壓轉(zhuǎn)換器相連的充放電保護(hù)電路，與充放電保護(hù)電路模塊相連的蓄電池；所述電壓轉(zhuǎn)換器的輸入端接有直流電源和太陽能電池板；所述電壓轉(zhuǎn)換器和蓄電池還均與主控mcu相連。
進(jìn)一步的，所述牽引單元包括設(shè)置在系統(tǒng)殼底部并與主控mcu相連的牽引電機(jī)，設(shè)置在牽引電機(jī)一側(cè)并可在牽引電機(jī)帶動(dòng)下做自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的齒輪a，設(shè)置在齒輪a上方并與齒輪a嚙合的齒輪b；所述牽引電機(jī)與前車輪相連、并可帶動(dòng)前車輪轉(zhuǎn)動(dòng)；所述齒輪b與齒輪z鏈條連接、并可帶動(dòng)齒輪z做自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
進(jìn)一步的，所述顯示器單元包括設(shè)置在系統(tǒng)殼上并與主控mcu相連的觸摸顯示屏，所述觸摸顯示屏上還設(shè)有與主控mcu相連的電源開關(guān)鍵和運(yùn)動(dòng)速度調(diào)節(jié)鍵。
更進(jìn)一步的，所述避障單元包括均與主控mcu相連的障礙物傳感器和轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)，所述障礙物傳感器設(shè)置在撿球裝置殼體前方，所述轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)設(shè)置在系統(tǒng)殼內(nèi)并與前車輪相連。
優(yōu)選的，所述集球箱包括底盤和箱體，所述底盤為與箱體底部相匹配的凹槽形結(jié)構(gòu)，所述后車輪設(shè)置在底盤下方，所述箱體底部放置在底盤的凹槽內(nèi)、且頂部一側(cè)與撿球裝置殼體可拆卸連接。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
(1)本發(fā)明使用了視覺圖像處理的方式來進(jìn)行網(wǎng)球檢測(cè)，能夠有目標(biāo)性的運(yùn)動(dòng)到有網(wǎng)球地點(diǎn)實(shí)施撿球，且在一些狹小角落可使用輔助撿球機(jī)械臂進(jìn)行撿球。
(2)本發(fā)明機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度和撿球速度可根據(jù)球場(chǎng)散落的網(wǎng)球進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，并且，還可通過障礙物傳感器清楚直觀地感應(yīng)運(yùn)行路徑上是否存在障礙物，并可通過轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)前輪轉(zhuǎn)動(dòng)，以避開障礙物，智能化程度高。
(3)本發(fā)明機(jī)器人撿放球方式靈活，采用聯(lián)動(dòng)運(yùn)球帶，撿球葉輪撿球的方式對(duì)網(wǎng)球損害較小。
(4)本發(fā)明的聯(lián)動(dòng)運(yùn)球帶可加長，而加長運(yùn)球帶可增加運(yùn)球高度，進(jìn)而可通過增加集球箱的高度的方式來增加箱體容納網(wǎng)球的數(shù)量，且箱體可獨(dú)立自由取放比較靈活方便。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的主視圖。
圖2為本發(fā)明的俯視圖。
圖3為本發(fā)明的左視圖。
圖4為本發(fā)明的工作狀態(tài)示意圖。
其中，附圖標(biāo)記對(duì)應(yīng)的名稱為：
1-系統(tǒng)殼，2-雙目攝像頭，3-前車輪，4-后車輪，5-殼體，6-齒輪z，7-齒輪w，8-運(yùn)球帶，9-撿球葉輪，10-進(jìn)球口，11-擋球板，12-出球口，13-連接臂，14-活動(dòng)臂，15-第一舵機(jī)，16-第二舵機(jī)，17-箱體，18-牽引電機(jī)，19-齒輪a，20-齒輪b，21-觸摸顯示屏，22-電源開關(guān)鍵，23-運(yùn)動(dòng)速度調(diào)節(jié)鍵，24-障礙物傳感器，25-底盤。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖說明和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，本發(fā)明的方式包括但不僅限于以下實(shí)施例。
本實(shí)施例主要是為了解決當(dāng)前網(wǎng)球撿球效率不高、人力成本較大以及現(xiàn)有撿球工具缺乏的問題，提供的一種機(jī)器視覺的網(wǎng)球自動(dòng)撿球機(jī)器人，該機(jī)器人具有使用方便、制作簡單、成本較低、智能化程度較高、撿球效率高的特點(diǎn)。
如圖1～圖4所示，一種機(jī)器視覺的網(wǎng)球自動(dòng)撿球機(jī)器人，包括撿球裝置，輔助撿球機(jī)械臂，控制系統(tǒng)和集球箱。
所述撿球裝置包括殼體5和設(shè)置在殼體內(nèi)撿球結(jié)構(gòu)。
如圖1和圖4所示，所述撿球結(jié)構(gòu)整體呈傾斜設(shè)置，為了使網(wǎng)球能夠更好的被撿球結(jié)構(gòu)傳送至集球箱，該撿球結(jié)構(gòu)整體與地面呈45～70°夾角。所述撿球結(jié)構(gòu)包括位于上方的主動(dòng)齒輪z6和位于下方的從動(dòng)齒輪w7，鏈接在齒輪z和齒輪w外的運(yùn)球帶8，以及設(shè)置在運(yùn)球帶上的多個(gè)撿球葉輪9；其中，當(dāng)齒輪z6做自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)可帶動(dòng)運(yùn)球帶8轉(zhuǎn)動(dòng)，而隨著運(yùn)球帶8轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪w7也會(huì)隨之做自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，整體形成類似傳送帶的結(jié)構(gòu)，即齒輪z和齒輪w的連線與地面也呈45～70°夾角；此外，撿球葉輪9均是從水平方向上垂直于運(yùn)球帶8設(shè)置的，且每相鄰兩個(gè)撿球葉輪9之間的間距為網(wǎng)球直徑的1.2～1.5倍，可確保網(wǎng)球能夠順利撿起，并在撿起后迅速傳送到集球箱內(nèi)，方便后續(xù)的撿球操作。
如圖1所示，所述殼體5與撿球結(jié)構(gòu)之間的間距小于網(wǎng)球直徑，可有效防止網(wǎng)球在傳送途中從殼體與撿球葉輪之間掉落；所述殼體下端設(shè)有與地面垂直的進(jìn)球口10，所述進(jìn)球口前后兩側(cè)設(shè)有擋球板11，可防止網(wǎng)球在進(jìn)入進(jìn)球口10之前因進(jìn)球口的阻力發(fā)生偏移，進(jìn)球口上邊沿到齒輪w7的連線垂直于運(yùn)球帶8；所述殼體上端、與集球箱相接處設(shè)有出球口12，所述出球口下邊沿到齒輪z的連線垂直與運(yùn)球帶。其中，殼體5整體結(jié)構(gòu)與撿球結(jié)構(gòu)相匹配，具體的說，殼體5左右兩側(cè)與運(yùn)球帶8平行，且殼體左右兩側(cè)的長度與齒輪z和w圓心間距相一致，殼體上表面則是以齒輪z為圓心延長四分之一圓弧，邊沿則作為出球口的上邊沿，殼體下表面以齒輪w為圓心延長六分之一圓弧再延長至進(jìn)球口下邊沿。
如圖1～圖3所示，所述輔助撿球機(jī)械臂主要用于輔助撿起位于角落等狹小不便于撿球位置的網(wǎng)球，該輔助撿球機(jī)械臂包括一端設(shè)置在撿球裝置殼體側(cè)面的連接臂13，以及連接臂另一端上依次連接的至少兩節(jié)活動(dòng)臂14，設(shè)置在連接臂與撿球裝置連接處、可實(shí)現(xiàn)垂直地面180°轉(zhuǎn)動(dòng)的第一舵機(jī)15，以及設(shè)置在連接臂與活動(dòng)臂連接處和相鄰活動(dòng)臂連接處、可實(shí)現(xiàn)720°轉(zhuǎn)動(dòng)的第二舵機(jī)16。
如圖1所示，所述控制系統(tǒng)包括設(shè)置在撿球裝置與集球箱之間的系統(tǒng)殼1，設(shè)置在系統(tǒng)殼內(nèi)的主控mcu，設(shè)置在系統(tǒng)殼上并與主控mcu相連的供電單元、顯示器單元、避障單元和牽引單元，以及設(shè)置在撿球裝置頂部中間并與主控mcu相連的雙目攝像頭2；所述撿球裝置底部前后兩側(cè)各設(shè)有一個(gè)前車輪3，所述集球箱底部前后兩側(cè)各設(shè)有一個(gè)后車輪4。所述雙目攝像頭2用于采集網(wǎng)球場(chǎng)視頻圖像，然后傳輸給主控mcu對(duì)視頻圖像進(jìn)行處理，以判斷雙目攝像頭攝像范圍內(nèi)是否有待撿的網(wǎng)球。
其中，所述供電單元包括電壓轉(zhuǎn)換器，與電壓轉(zhuǎn)換器相連的充放電保護(hù)電路，與充放電保護(hù)電路模塊相連的蓄電池；所述電壓轉(zhuǎn)換器的輸入端接有直流電源和太陽能電池板；所述電壓轉(zhuǎn)換器和蓄電池還均與主控mcu相連。該供電單元既可通過蓄電池為整個(gè)機(jī)器人供電，還可直接通過直流電源或太陽能電池板供電，可確保本實(shí)施例機(jī)器人隨時(shí)能夠正常使用。
所述顯示器單元包括設(shè)置在系統(tǒng)殼上并與主控mcu相連的觸摸顯示屏21，所述觸摸顯示屏主要顯示剩電量情況、開啟時(shí)運(yùn)動(dòng)速度等信息，這些信息由主控mcu傳輸提供。并且，所述觸摸顯示屏上還設(shè)有與主控mcu相連的電源開關(guān)鍵22和運(yùn)動(dòng)速度調(diào)節(jié)鍵23。
所述避障單元包括均與主控mcu相連的障礙物傳感器24和轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)，所述障礙物傳感器設(shè)置在撿球裝置殼體前方，所述轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)設(shè)置在系統(tǒng)殼內(nèi)并與前車輪3相連。
所述牽引單元包括設(shè)置在系統(tǒng)殼1底部并與主控mcu相連的牽引電機(jī)18，設(shè)置在牽引電機(jī)一側(cè)并可在牽引電機(jī)帶動(dòng)下做自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的齒輪a19，設(shè)置在齒輪a19上方并與齒輪a19嚙合的齒輪b20，其中，可通過主控mcu自動(dòng)控制齒輪a19與齒輪b20的齒輪嚙合情況進(jìn)而控制撿球速度與電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度比例，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度一定時(shí)，齒輪a19的直徑很大而齒輪b20直徑較小時(shí)，則齒輪b20帶動(dòng)的齒輪a19轉(zhuǎn)圈速度就快，從而撿球速度就快。另外，也可通過運(yùn)動(dòng)速度調(diào)節(jié)鍵23手動(dòng)方式來調(diào)整；所述牽引電機(jī)18與前車輪3相連；所述齒輪b20與齒輪z6鏈條連接。當(dāng)牽引電機(jī)18開始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，齒輪a19也隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，由于齒輪a10與齒輪b20嚙合，因此，齒輪b20也會(huì)自轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)與齒輪b20鏈條連接的齒輪z6自轉(zhuǎn)，齒輪z6再通過運(yùn)球帶帶動(dòng)齒輪w轉(zhuǎn)動(dòng)。
此外，所述輔助撿球機(jī)械臂中的第一舵機(jī)和每個(gè)第二舵機(jī)均與主控mcu相連。
所述集球箱包括底盤25和箱體17，所述底盤為與箱體底部相匹配的凹槽形結(jié)構(gòu)，所述后車輪設(shè)置在底盤下方，所述箱體底部放置在底盤的凹槽內(nèi)，使機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)箱體也不易掉落。箱體頂部一側(cè)與撿球裝置殼體可拆卸連接，箱體上還設(shè)有用于提起箱體的把手。當(dāng)箱體內(nèi)球滿時(shí)可提起把手將滿箱體換下，換上空的集球箱。
在使用本實(shí)施例的網(wǎng)球自動(dòng)撿球機(jī)器人撿球時(shí)的工作流程如下：
開啟撿球機(jī)器人，供電單元為主控mcu供電，由安裝在撿球裝置頂端中部的雙目攝像頭采集網(wǎng)球場(chǎng)視頻圖像，并傳輸給主控mcu，經(jīng)主控mcu處理后發(fā)現(xiàn)若是有網(wǎng)球則根據(jù)最優(yōu)路線向網(wǎng)球地點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過程中通過避障模塊實(shí)現(xiàn)靈活運(yùn)動(dòng)，到達(dá)網(wǎng)球地點(diǎn)時(shí)進(jìn)行撿球。具體過程如圖4所示，a點(diǎn)地面上是發(fā)現(xiàn)的目標(biāo)網(wǎng)球，待本實(shí)施例的撿球機(jī)器人向其運(yùn)動(dòng)并靠近該網(wǎng)球后，網(wǎng)球處在b位置時(shí)刻被撿球葉輪刮起，然后隨運(yùn)球帶沿c位置運(yùn)送到d位置，然后再從d位置自動(dòng)滾入集球箱的箱體中，即完成撿球操作。
當(dāng)集球箱的箱體內(nèi)球滿時(shí)提起把手取下箱體，換上空的箱體即可。
而在遇到狹小角落時(shí)，則通過輔助撿球機(jī)械臂進(jìn)行撿球。
在整個(gè)撿球過程中，主控mcu能夠通過判斷球場(chǎng)網(wǎng)球多少來自動(dòng)加快和減慢運(yùn)動(dòng)速度，也可通過人工調(diào)劑速度來進(jìn)行運(yùn)動(dòng)快慢控制。其中，觸摸顯示屏用于開關(guān)機(jī)器人，并調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)速度，以及顯示剩電量情況、開啟時(shí)運(yùn)動(dòng)速度等信息。
上述實(shí)施例僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式之一，不應(yīng)當(dāng)用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，但凡在本發(fā)明的主體設(shè)計(jì)思想和精神上作出的毫無實(shí)質(zhì)意義的改動(dòng)或潤色，其所解決的技術(shù)問題仍然與本發(fā)明一致的，均應(yīng)當(dāng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。