本發(fā)明涉及一種智能機(jī)器人，具體涉及一種智能撿球機(jī)器人及其控制方法。

背景技術(shù)：

球類運(yùn)動(dòng)是一種優(yōu)雅時(shí)尚的運(yùn)動(dòng)，當(dāng)下國(guó)內(nèi)也有越來(lái)越多的人們開(kāi)始接觸球類運(yùn)動(dòng)。然而，球類運(yùn)動(dòng)一大讓人煩惱的問(wèn)題便是撿球，撿球會(huì)耗費(fèi)人們大量的時(shí)間以及體力，因此，設(shè)計(jì)這種智能撿球機(jī)器人具有非常重要的意義。

目前用來(lái)輔助人們撿球的大多數(shù)是一些需要人來(lái)操作的器械，在球場(chǎng)地較大、球散落范圍較大時(shí)會(huì)有很大的不便。另外也有一些電動(dòng)撿球機(jī)，雖然不需要人動(dòng)，但還是需要人來(lái)控制，沒(méi)有智能性。也有人做了添加了智能控制的撿球機(jī)，讓機(jī)器人自動(dòng)去撿球，但往往其移動(dòng)速度很慢，一次只能減一個(gè)球，難以運(yùn)用于實(shí)際中。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述不足，本發(fā)明提供一種智能撿球機(jī)器人及其控制方法，該撿球機(jī)器人能通過(guò)攝像頭識(shí)別球，并自主完成撿球與儲(chǔ)球，在完成撿球后，能移動(dòng)到實(shí)現(xiàn)指定好的位置待命。本機(jī)器人一次可以存儲(chǔ)數(shù)十個(gè)球，且具有超聲波避障功能，防止撞到墻壁或人。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：一種智能撿球機(jī)器人，包括底板，所述底板為凹字形，所述底板前端左右兩側(cè)對(duì)稱安裝有萬(wàn)向輪，底板后端左右兩側(cè)對(duì)稱安裝有直流減速電機(jī)，直流減速電機(jī)的輸出軸上安裝有驅(qū)動(dòng)輪；所述底板的前端橫架有橫梁，所述橫梁上沿橫梁長(zhǎng)度方向均勻鉸接若干止出裝置；

所述底板的下表面左右兩側(cè)均固定有一個(gè)第一儲(chǔ)球擋板，兩個(gè)第一儲(chǔ)球擋板之間固定有第二儲(chǔ)球擋板；所述兩個(gè)第一儲(chǔ)球擋板、第二儲(chǔ)球擋板以及撿球擋板圍成儲(chǔ)球室；

所述底板的上表面支撐有攝像頭識(shí)別模塊，底板的前端安裝有超聲波測(cè)距模塊，底板上安裝有單片機(jī)控制模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，所述直流減速電機(jī)與電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊相連，所述直流減速電機(jī)、攝像頭識(shí)別模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊以及超聲波測(cè)距模塊均與單片機(jī)控制模塊相連。

進(jìn)一步的，所述止出裝置主要由若干撿球擋板的一端同軸鉸接而成，每個(gè)撿球擋板上均旋接有螺栓。

進(jìn)一步的，所述單片機(jī)控制模塊為一塊Arduino單片機(jī)，接收攝像頭識(shí)別模塊與超聲波測(cè)距模塊傳過(guò)來(lái)的信息，然后給電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊發(fā)送控制信號(hào)控制機(jī)器人收集球。

進(jìn)一步的，所述攝像頭識(shí)別模塊包括攝像頭以及與攝像頭相連的樹莓派；所述樹莓派用于對(duì)攝像頭拍攝的連續(xù)場(chǎng)地圖片進(jìn)行圖像識(shí)別處理，并將識(shí)別得到的信息傳輸給單片機(jī)控制模塊。

本發(fā)明的另一目的是提供一種智能撿球機(jī)器人的控制方法，具體方法如下：

(1)攝像頭先拍攝場(chǎng)地圖像，將數(shù)據(jù)送入樹莓派。

(2)樹莓派對(duì)照片做預(yù)處理，將圖片從RGB模式轉(zhuǎn)換成HSV模式。

(3)根據(jù)球的顏色，對(duì)圖像進(jìn)行二值化處理之后，得到黑白圖像，此時(shí)圖像中白色的區(qū)域?yàn)榍蝾伾珔^(qū)域。

(4)再對(duì)二值化后的圖像進(jìn)行形態(tài)學(xué)處理，去除二值化圖像中的干擾；

(5)考慮到球類的圓形特征，使用Hough變換來(lái)檢測(cè)圖像中的圓形區(qū)域，識(shí)別出球的位置。

(6)樹莓派將根據(jù)球所在的位置，輸出不同的信號(hào)傳遞給Arduino單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)輸入的信號(hào)發(fā)送控制信號(hào)到電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，由其控制左右兩個(gè)直流減速電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)情況來(lái)使機(jī)器人左右偏轉(zhuǎn)去收集球。到達(dá)球的位置時(shí)無(wú)需減速，球通過(guò)撿球擋板會(huì)自動(dòng)進(jìn)入儲(chǔ)球室，并被保存其中，然后機(jī)器人繼續(xù)進(jìn)行識(shí)別與撿球的工作。

(7)在前方有人或墻等較高的障礙物時(shí)，超聲波測(cè)距模塊會(huì)檢測(cè)到并將信息傳達(dá)給單片機(jī)，在由單片機(jī)發(fā)出控制信號(hào)經(jīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊控制直流減速電機(jī)停止并轉(zhuǎn)向。

(8)當(dāng)機(jī)器人沒(méi)有檢測(cè)到前方有球時(shí)，機(jī)器人會(huì)自動(dòng)停止運(yùn)動(dòng)并原地轉(zhuǎn)圈，尋找周圍是否仍有散落的球，若找到了球，則繼續(xù)向那個(gè)方向運(yùn)動(dòng)進(jìn)行撿球，否則運(yùn)動(dòng)到球場(chǎng)外待命。

本發(fā)明的有益效果有：機(jī)器人智能化，不需要人為控制，方便用戶使用。除攝像頭識(shí)別模塊外結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，容易維護(hù)，且功耗不是很大。撿球裝置不需要驅(qū)動(dòng)，機(jī)器人可以運(yùn)動(dòng)得較快，撿球效率得到提高。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的立體軸測(cè)圖；

圖2是本發(fā)明的左視圖；

圖3是本發(fā)明的仰視圖；

圖4是本發(fā)明的撿球擋板與儲(chǔ)球擋板細(xì)節(jié)圖；

圖6是本發(fā)明的電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖5是本發(fā)明的工作流程圖；

圖中，攝像頭1、單片機(jī)控制模塊2、超聲波測(cè)距模塊3、萬(wàn)向輪4、橫梁5、撿球擋板6、第一儲(chǔ)球擋板7、直流減速電機(jī)8、底板9、L型支架10、支撐螺柱11、驅(qū)動(dòng)輪12，第二儲(chǔ)球擋板13，螺絲14。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1-3所示，一種智能撿球機(jī)器人，包括底板9，所述底板9為凹字形，所述底板9前端左右兩側(cè)對(duì)稱安裝有萬(wàn)向輪4，底板9后端左右兩側(cè)對(duì)稱安裝有直流減速電機(jī)8，直流減速電機(jī)8的輸出軸上安裝有驅(qū)動(dòng)輪12；所述底板9的前端橫架有橫梁5，所述橫梁5上沿橫梁5長(zhǎng)度方向鉸接若干止出裝置，所述止出裝置主要由若干撿球擋板6的一端同軸鉸接而成，每個(gè)撿球擋板6上均旋接有螺栓14，本發(fā)明實(shí)施例中采用三個(gè)撿球擋板6同軸鉸接，通過(guò)調(diào)節(jié)螺栓14的旋入深度來(lái)調(diào)節(jié)相鄰兩個(gè)撿球擋板6所夾的角度，如圖4所示，當(dāng)撿球擋板6想要向左邊即出球方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，會(huì)被固定在橫梁5上的螺絲14擋住，無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)，而當(dāng)撿球擋板6想要向右邊即進(jìn)球方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，則沒(méi)有任何阻礙可以順利讓球進(jìn)入儲(chǔ)球室，從而達(dá)到只進(jìn)不出的效果。撿球擋板6的尺寸可以根據(jù)球的種類來(lái)決定，一般可以使用多塊擋板并排而成。

所述底板9的下表面左右兩側(cè)均通過(guò)L型支架10固定一個(gè)第一儲(chǔ)球擋板7，兩個(gè)第一儲(chǔ)球擋板7之間固定第二儲(chǔ)球擋板13；所述兩個(gè)第一儲(chǔ)球擋板7、第二儲(chǔ)球擋板13以及撿球擋板6圍成儲(chǔ)球室；

所述底板9的上表面支撐有攝像頭識(shí)別模塊，所述攝像頭識(shí)別模塊包括攝像頭以及與攝像頭相連的樹莓派；攝像頭通過(guò)支撐螺柱11支撐在底板9的上表面，可以拍攝機(jī)器人前方較遠(yuǎn)距離的圖像，同時(shí)也能看清距機(jī)器人較近位置的圖形，視野很寬，可以很好地檢測(cè)球的位置。所述樹莓派用于對(duì)攝像頭拍攝的連續(xù)場(chǎng)地圖片進(jìn)行圖像識(shí)別處理，并將識(shí)別得到的信息傳輸給單片機(jī)控制模塊。底板9的前端安裝有超聲波測(cè)距模塊，可以探測(cè)到機(jī)器人前端范圍較大的障礙物位置。底板9上安裝有單片機(jī)控制模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，所述直流減速電機(jī)8與電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊相連，所述直流減速電機(jī)8、攝像頭識(shí)別模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊以及超聲波測(cè)距模塊均與單片機(jī)控制模塊相連，如圖5所示。

所述單片機(jī)控制模塊為一塊Arduino單片機(jī)，接收攝像頭識(shí)別模塊與超聲波測(cè)距模塊傳過(guò)來(lái)的信息，然后給電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊發(fā)送控制信號(hào)控制機(jī)器人收集球；作為本發(fā)明的實(shí)施例，Arduino單片機(jī)的型號(hào)可以為Mega2560，但不限于此。

作為本發(fā)明的實(shí)施例，所述攝像頭可以采用Waveshare公司RPi Camera型號(hào)的產(chǎn)品，但不限于此；所述樹莓派可以采用A型或B型；所述超聲波測(cè)距模塊可以采用TELESKY公司HC-SR04型號(hào)的產(chǎn)品，但不限于此；所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊可以采用L298N型號(hào)的產(chǎn)品，但不限于此。

本發(fā)明的工作過(guò)程如下：

如圖6所示，本發(fā)明的具體拾球過(guò)程為：

首先，攝像頭1先拍攝場(chǎng)地圖像，將數(shù)據(jù)送入樹莓派。

然后，樹莓派對(duì)照片做預(yù)處理，將圖片從RGB模式轉(zhuǎn)換成HSV模式。

之后，根據(jù)球的顏色，對(duì)圖像進(jìn)行二值化處理之后，得到黑白圖像，此時(shí)圖像中白色的區(qū)域?yàn)榍蝾伾珔^(qū)域。

然后，再對(duì)二值化后的圖像進(jìn)行形態(tài)學(xué)處理，去除二值化圖像中的干擾。

之后，考慮到球類的圓形特征，使用Hough變換來(lái)檢測(cè)圖像中的圓形區(qū)域，識(shí)別出球的位置。

樹莓派將根據(jù)球所在的位置，輸出不同的信號(hào)傳遞給Arduino單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)輸入的信號(hào)發(fā)送控制信號(hào)到電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，由其控制左右兩個(gè)直流減速電機(jī)8的轉(zhuǎn)動(dòng)情況來(lái)使機(jī)器人左右偏轉(zhuǎn)去收集球。到達(dá)球的位置時(shí)無(wú)需減速，球通過(guò)撿球擋板6會(huì)自動(dòng)進(jìn)入儲(chǔ)球室，并被保存其中，然后機(jī)器人繼續(xù)進(jìn)行識(shí)別與撿球的工作。在前方有人或墻等較高的障礙物時(shí)，超聲波測(cè)距模塊3會(huì)檢測(cè)到并將信息傳達(dá)給單片機(jī)，在由單片機(jī)發(fā)出控制信號(hào)經(jīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊控制直流減速電機(jī)8停止并轉(zhuǎn)向。當(dāng)機(jī)器人沒(méi)有檢測(cè)到前方有球時(shí)，機(jī)器人會(huì)自動(dòng)停止運(yùn)動(dòng)并原地轉(zhuǎn)圈，尋找周圍是否仍有散落的球，若找到了球，則繼續(xù)向那個(gè)方向運(yùn)動(dòng)進(jìn)行撿球，否則則運(yùn)動(dòng)到球場(chǎng)外待命。

本發(fā)明機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)采用差動(dòng)控制，即當(dāng)發(fā)現(xiàn)球在機(jī)器人的左前方時(shí)，單片機(jī)控制左電機(jī)轉(zhuǎn)速比右電機(jī)稍慢，若發(fā)現(xiàn)是在右前方，則控制左電機(jī)轉(zhuǎn)速比右電機(jī)稍快，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人指向球的運(yùn)動(dòng)。

本發(fā)明不限于此實(shí)例，凡是與本發(fā)明設(shè)計(jì)思路相同的設(shè)計(jì)，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了少許改進(jìn)的變種，均應(yīng)落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。