專利名稱：一種自動(dòng)撿球機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種自動(dòng)撿球機(jī)器人，特別是可以實(shí)現(xiàn)對(duì)乒乓球的自動(dòng)識(shí)別和自動(dòng)撿取，并通過紅外線傳感器對(duì)周圍環(huán)境監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障的功能的自動(dòng)撿球機(jī)器人，屬于自動(dòng)撿球機(jī)器人的改造技術(shù)。
背景技術(shù)：
在乒乓球室里，由于訓(xùn)練或者比賽的時(shí)候，地面上將會(huì)有很多出界或者無效的乒乓球。如果由人工來撿球，將會(huì)造成效率低、工作量大等弊端。因此，如果能有一種撿球機(jī)器人應(yīng)用于乒乓球場(chǎng)館里，且能迅速找到球的位置并能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)撿球的功能，將可以使人們擺脫一些繁瑣的工作、大大減輕人們的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高人們的生活質(zhì)量。目前已有的乒乓球自動(dòng)撿球機(jī)器人種類較少，且撿球動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)主要是通過機(jī)械手等機(jī)械裝置來撿球。這些撿球裝置多因?yàn)闄C(jī)械機(jī)構(gòu)的限制，對(duì)于位于墻角處和藏于障礙物之間的乒乓球不能有效撿取，因而只適用于障礙物較少且遠(yuǎn)離墻壁的乒乓球的撿取。本自動(dòng)撿球機(jī)器人采用風(fēng)扇產(chǎn)生的吸力來實(shí)現(xiàn)撿球，不用直接接觸球即可將球撿起，解決了位于角落和障礙物之間的乒乓球的撿球難題。同時(shí)，本機(jī)器人沒有復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且撿球過程中對(duì)乒乓無損傷、撿球失誤率更低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于考慮上述問題而提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，成本低，易推廣的自動(dòng)撿球機(jī)器人。本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，方便實(shí)用。本發(fā)明的技術(shù)方案是本發(fā)明的自動(dòng)撿球機(jī)器人，包括有機(jī)器人外殼、吸球裝置、移動(dòng)裝置及控制系統(tǒng)，其中吸球裝置包括有吸球風(fēng)扇、吸球管、裝球腔，移動(dòng)裝置包括有舵機(jī)、主動(dòng)輪，控制系統(tǒng)包括有中央處理器、攝像頭模塊、紅外避障器模塊、電源模塊，其中吸球管傾斜裝設(shè)在機(jī)器人外殼上，且位于吸球風(fēng)扇的上端，吸球管的下端設(shè)有吸球口，吸球管的上端設(shè)有出球口，裝球腔設(shè)置在出球口的下方，主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)軸與舵機(jī)的輸出軸連接，主動(dòng)輪裝設(shè)在機(jī)器人外殼的底部，控制系統(tǒng)的攝像頭模塊安裝在吸球管所設(shè)出球口的上方，攝像頭模塊的信號(hào)線與中央處理器的信號(hào)輸入端連接；紅外避障器模塊安裝在機(jī)器人外殼的左右兩側(cè)，紅外避障器模塊的信號(hào)線與中央處理器的信號(hào)輸入端連接，中央處理器與電源模塊連接。上述中央處理器為ARM9處理器。上述吸球口為敞口設(shè)計(jì)，吸球口與地面高度為3mm。上述出球口安裝有一塊出球口擋板。上述裝球腔裝設(shè)在機(jī)器人外殼的后部，機(jī)器人外殼的后部設(shè)有驅(qū)動(dòng)裝球腔自動(dòng)或手動(dòng)從機(jī)器人外殼后部推出的驅(qū)動(dòng)裝置。上述紅外避障器模塊的信號(hào)線穿過機(jī)器人外殼與中央處理器的信號(hào)輸入端連接。上述機(jī)器人外殼的底部前端或后端裝設(shè)有兩個(gè)主動(dòng)輪，機(jī)器人外殼的后端或前端還裝設(shè)有萬向輪，兩個(gè)主動(dòng)輪分別由兩個(gè)舵機(jī)驅(qū)動(dòng)，兩個(gè)舵機(jī)的電源線與電源模塊連接，兩個(gè)舵機(jī)的信號(hào)線與中央處理器連接，能實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的直線行走與轉(zhuǎn)彎的兩個(gè)舵機(jī)的采用差速控制。上述出球口擋板為一個(gè)能自由活動(dòng)的輕質(zhì)彈性膠質(zhì)片。上述攝像頭模塊包括有攝像頭、微型舵機(jī)、安裝架活動(dòng)板、安裝架固定板，安裝架固定板通過螺釘固定在吸球管上，安裝架活動(dòng)板固裝在安裝架固定板上，微型舵機(jī)和攝像頭均安裝在安裝架活動(dòng)板上，帶動(dòng)安裝架活動(dòng)板及其攝像頭擺動(dòng)的微型舵機(jī)的信號(hào)線與中央處理器連接。上述電源模塊連接有電源指示燈，電源模塊采用鋰電池；上述中央處理器的輸出端還連接有蜂鳴器。本發(fā)明由于采用包括有機(jī)器人外殼、吸球裝置、移動(dòng)裝置及控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，撿球機(jī)器人撿球的過程首先是采用攝像頭來探測(cè)乒乓球所在的位置，并通過控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)舵機(jī)使機(jī)器人向球靠近，最后通過啟動(dòng)吸球風(fēng)扇將乒乓球送進(jìn)一個(gè)吸球管，并使乒乓球由出球口掉落、存放于撿球機(jī)器人的裝球腔中。本發(fā)明是一種設(shè)計(jì)巧妙、性能優(yōu)良的自動(dòng)撿球機(jī)器人，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于乒乓球館及乒乓球訓(xùn)練場(chǎng)的乒乓球撿球。


圖I為本發(fā)明自動(dòng)撿球機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明自動(dòng)撿球機(jī)器人的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明吸球裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明攝像頭模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。其中1、吸球管；2、機(jī)器人外殼；3、萬向輪；4、紅外避障器模塊；5、攝像頭模塊;6、吸球風(fēng)扇；7、裝球腔；8、鋰電池；9、舵機(jī)；10、主動(dòng)輪；11、中央處理器；12、電源模塊；13、出球口擋板；14、出球口 ； 15、吸球口 ； 16、微型舵機(jī)；17、攝像頭；18、安裝架活動(dòng)板；19、安裝架固定板。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1、2、3、4所示，本發(fā)明的自動(dòng)撿球機(jī)器人，包括有機(jī)器人外殼2、吸球裝置、移動(dòng)裝置及控制系統(tǒng)，其中吸球裝置包括有吸球風(fēng)扇6、吸球管I、裝球腔7，移動(dòng)裝置包括有舵機(jī)9、主動(dòng)輪10，控制系統(tǒng)包括有中央處理器11、攝像頭模塊5、紅外避障器模塊4、電源模塊12,其中吸球管I傾斜裝設(shè)在機(jī)器人外殼2上,且位于吸球風(fēng)扇6的上端，吸球管I的下端設(shè)有吸球口 15，吸球管I的上端設(shè)有出球口 14，裝球腔7設(shè)置在出球口14的下方，主動(dòng)輪10的轉(zhuǎn)軸與舵機(jī)9的輸出軸連接，主動(dòng)輪10裝設(shè)在機(jī)器人外殼2的底部，控制系統(tǒng)的攝像頭模塊5安裝在吸球管I所設(shè)出球口 15的上方，攝像頭模塊5的信號(hào)線與中央處理器11的信號(hào)輸入端連接；紅外避障器模塊4安裝在機(jī)器人外殼2的左右兩側(cè)，紅外避障器模塊4的信號(hào)線與中央處理器11的信號(hào)輸入端連接，中央處理器11與電源模塊12連接。
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上述中央處理器11為ARM9處理器。上述吸球口 15為敞口設(shè)計(jì)，吸球口 15與地面高度為3mm。由于吸球口 15是敞口設(shè)計(jì)，位于吸球口 15附近的乒乓球都能夠被順利吸起。本實(shí)施例中，上述出球口 14安裝有一塊出球口擋板13。本實(shí)施例中，上述裝球腔7裝設(shè)在機(jī)器人外殼2的后部，機(jī)器人外殼2的后部設(shè)有驅(qū)動(dòng)裝球腔7自動(dòng)或手動(dòng)從機(jī)器人外殼2后部推出的驅(qū)動(dòng)裝置。本實(shí)施例中，上述紅外避障器模塊4的信號(hào)線穿過機(jī)器人外殼2與中央處理器11的信號(hào)輸入端連接。本實(shí)施例中，上述機(jī)器人外殼2的底部前端或后端裝設(shè)有兩個(gè)主動(dòng)輪10，機(jī)器人外殼2的后端或前端還裝設(shè)有萬向輪3，兩個(gè)主動(dòng)輪10分別由兩個(gè)舵機(jī)9驅(qū)動(dòng)，兩個(gè)舵機(jī)9的電源線與電源模塊12連接，兩個(gè)舵機(jī)9的信號(hào)線與中央處理器11連接，能實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的直線行走與轉(zhuǎn)彎的兩個(gè)舵機(jī)9的采用差速控制。本實(shí)施例中，上述出球口擋板13為一個(gè)能自由活動(dòng)的輕質(zhì)彈性膠質(zhì)片。當(dāng)吸球風(fēng)扇6啟動(dòng)時(shí)，吸球管出球口處的出球口擋板13將在負(fù)壓作用下被吸起，并將出球口 14封住，從而增強(qiáng)了吸球管I內(nèi)的負(fù)壓程度，確保乒乓球能夠被順利吸起。當(dāng)乒乓球被成功吸起后，中央處理器11再次發(fā)送指令控制吸球風(fēng)扇6停止，出球口擋板13將在重力作用下自動(dòng)打開，從而使乒乓球通過出球口 14順利落進(jìn)裝球腔7。本實(shí)施例中，上述攝像頭模塊5包括有攝像頭17、微型舵機(jī)16、安裝架活動(dòng)板18、安裝架固定板19，安裝架固定板19通過螺釘固定在吸球管I上，安裝架活動(dòng)板18固裝在安裝架固定板19上，微型舵機(jī)16和攝像頭17均安裝在安裝架活動(dòng)板18上，帶動(dòng)安裝架活動(dòng)板18及其攝像頭17擺動(dòng)的微型舵機(jī)16的信號(hào)線與中央處理器11連接。本實(shí)施例中，上述電源模塊12連接有電源指示燈，電源模塊12采用鋰電池8 ;上述中央處理器11的輸出端還連接有蜂鳴器。本發(fā)明的工作原理如下當(dāng)啟動(dòng)撿球機(jī)器人時(shí)，中央處理器11給攝像頭模塊5發(fā)送指令，開啟攝像頭。攝像頭模塊5將實(shí)時(shí)檢測(cè)撿球機(jī)器人前方乒乓球的位置，并向中央處理器11發(fā)送采集到的圖像信息數(shù)據(jù)；中央處理器11通過算法提取乒乓球的位置坐標(biāo)，并通過路徑規(guī)劃算法給舵機(jī)9發(fā)送指令，控制撿球機(jī)器人移動(dòng)到乒乓球前方。當(dāng)撿球機(jī)器人移動(dòng)到與乒乓球的距離小于設(shè)定值時(shí)，中央處理器11將發(fā)送指令控制吸球風(fēng)扇6啟動(dòng)，從而將乒乓球吸進(jìn)吸球管I，并將乒乓球存放于裝球腔7中，實(shí)現(xiàn)撿球目的。當(dāng)撿球機(jī)器人在移動(dòng)過程中，紅外避障器模塊4探測(cè)到機(jī)器人前方有障礙物、且機(jī)器人與障礙物距離小于一定值時(shí)，紅外避障器模塊4發(fā)送信號(hào)給中央處理器11，再經(jīng)由中央處理器11執(zhí)行避障程序，輸出信號(hào)控制舵機(jī)9執(zhí)行相應(yīng)的避障運(yùn)動(dòng)。當(dāng)攝像頭模塊5檢測(cè)不到撿球機(jī)器人前方有乒乓球時(shí)，中央處理器11則會(huì)發(fā)送指令給舵機(jī)9，控制撿球機(jī)器人向左持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，直至檢測(cè)到現(xiàn)場(chǎng)有乒乓球，才控制機(jī)器人執(zhí)行撿球動(dòng)作。當(dāng)撿球機(jī)器人持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)一周仍然未能找到乒乓球時(shí)，中央處理器11控制微型舵機(jī)16轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，使攝像頭模塊5具有更遠(yuǎn)的視野，并繼續(xù)執(zhí)行以上撿球動(dòng)作。當(dāng)攝像頭模塊5具有最遠(yuǎn)視野仍然未能找到乒乓球時(shí)，或者裝球腔7中的乒乓球存滿時(shí)，中央處理器11將控制蜂鳴器報(bào)警，通知工作人員撿球結(jié)束。
權(quán)利要求
1.一種自動(dòng)撿球機(jī)器人，其特征在于包括有機(jī)器人外殼(2)、吸球裝置、移動(dòng)裝置及控制系統(tǒng)，其中吸球裝置包括有吸球風(fēng)扇(6)、吸球管(I)、裝球腔(7)，移動(dòng)裝置包括有舵機(jī)(9)、主動(dòng)輪(10)，控制系統(tǒng)包括有中央處理器(11)、攝像頭模塊(5)、紅外避障器模塊(4)、電源模塊(12)，其中吸球管(I)傾斜裝設(shè)在機(jī)器人外殼(2)上，且位于吸球風(fēng)扇(6)的上端，吸球管⑴的下端設(shè)有吸球口(15)，吸球管⑴的上端設(shè)有出球口(14)，裝球腔(7)設(shè)置在出球口(14)的下方，主動(dòng)輪(10)的轉(zhuǎn)軸與舵機(jī)(9)的輸出軸連接，主動(dòng)輪(10)裝設(shè)在機(jī)器人外殼⑵的底部，控制系統(tǒng)的攝像頭模塊(5)安裝在吸球管⑴所設(shè)出球口(15)的上方，攝像頭模塊(5)的信號(hào)線與中央處理器(11)的信號(hào)輸入端連接；紅外避障器模塊⑷安裝在機(jī)器人外殼⑵的左右兩側(cè)，紅外避障器模塊⑷的信號(hào)線與中央處理器(11)的信號(hào)輸入端連接，中央處理器(11)與電源模塊(12)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自動(dòng)撿球機(jī)器人，其特征在于上述中央處理器(11)為ARM9處理器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自動(dòng)撿球機(jī)器人，其特征在于上述吸球口(15)為敞口設(shè)計(jì)，吸球口(15)與地面高度為3mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自動(dòng)撿球機(jī)器人，其特征在于上述出球口(14)安裝有一塊出球口擋板(13)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自動(dòng)撿球機(jī)器人，其特征在于上述裝球腔(7)裝設(shè)在機(jī)器人外殼(2)的后部，機(jī)器人外殼(2)的后部設(shè)有驅(qū)動(dòng)裝球腔(7)自動(dòng)或手動(dòng)從機(jī)器人外殼(2)后部推出的驅(qū)動(dòng)裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自動(dòng)撿球機(jī)器人，其特征在于上述紅外避障器模塊(4)的信號(hào)線穿過機(jī)器人外殼(2)與中央處理器(11)的信號(hào)輸入端連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自動(dòng)撿球機(jī)器人，其特征在于上述機(jī)器人外殼(2)的底部前端或后端裝設(shè)有兩個(gè)主動(dòng)輪(10)，機(jī)器人外殼(2)的后端或前端還裝設(shè)有萬向輪(3)，兩個(gè)主動(dòng)輪(10)分別由兩個(gè)舵機(jī)(9)驅(qū)動(dòng)，兩個(gè)舵機(jī)(9)的電源線與電源模塊(12)連接，兩個(gè)舵機(jī)(9)的信號(hào)線與中央處理器(11)連接，能實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的直線行走與轉(zhuǎn)彎的兩個(gè)舵機(jī)(9)的采用差速控制。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自動(dòng)撿球機(jī)器人，其特征在于上述出球口擋板(13)為一個(gè)能自由活動(dòng)的輕質(zhì)彈性膠質(zhì)片。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自動(dòng)撿球機(jī)器人，其特征在于上述攝像頭模塊(5)包括有攝像頭(17)、微型舵機(jī)(16)、安裝架活動(dòng)板(18)、安裝架固定板(19)，安裝架固定板(19)通過螺釘固定在吸球管(I)上，安裝架活動(dòng)板(18)固裝在安裝架固定板(19)上，微型舵機(jī)(16)和攝像頭(17)均安裝在安裝架活動(dòng)板(18)上，帶動(dòng)安裝架活動(dòng)板(18)及其攝像頭(17)擺動(dòng)的微型舵機(jī)(16)的信號(hào)線與中央處理器(11)連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的自動(dòng)撿球機(jī)器人，其特征在于上述電源模塊(12)連接有電源指示燈，電源模塊(12)采用鋰電池(8);上述中央處理器(11)的輸出端還連接有蜂鳴器。
全文摘要
本發(fā)明是一種自動(dòng)撿球機(jī)器人。包括吸球裝置、移動(dòng)裝置及控制系統(tǒng)，吸球裝置包括吸球風(fēng)扇、吸球管、裝球腔，移動(dòng)裝置包括有舵機(jī)、主動(dòng)輪，控制系統(tǒng)包括中央處理器、攝像頭模塊、紅外避障器模塊,吸球管裝設(shè)在機(jī)器人外殼上，且位于吸球風(fēng)扇的上端，吸球管的下端設(shè)有吸球口，吸球管的上端設(shè)有出球口，裝球腔設(shè)置在出球口的下方，主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)軸與舵機(jī)的輸出軸連接，主動(dòng)輪裝設(shè)在機(jī)器人外殼的底部，攝像頭模塊安裝在吸球管所設(shè)出球口的上方，紅外避障器模塊安裝在機(jī)器人外殼的兩側(cè)，攝像頭模塊及紅外避障器模塊的信號(hào)線與中央處理器的信號(hào)輸入端連接。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)對(duì)乒乓球的自動(dòng)識(shí)別和自動(dòng)撿取，并通過紅外線避障器模塊對(duì)周圍環(huán)境監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障的功能。
文檔編號(hào)A63B47/02GK102908763SQ201210399769
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月19日
發(fā)明者劉建群, 許東偉, 林淦, 陳森, 鄧慶彬, 沈樹鵬 申請(qǐng)人:廣東工業(yè)大學(xué)