本發(fā)明涉及自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種智能巡檢拾取乒乓球的裝置。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)代的乒乓球訓(xùn)練館中，地上存在大量的散落的乒乓球待拾取，而對(duì)于散落乒乓球的拾取往往花費(fèi)大量的人工去拾取，這不僅消耗大量的人力，而且是一項(xiàng)枯燥乏味的工作。

目前對(duì)于乒乓球館等地的乒乓球拾取，并沒有太智能的方法，主要依賴于簡(jiǎn)單的隨機(jī)巡邏和圖像識(shí)別來辨別乒乓球；單純的隨機(jī)巡邏效率不僅低下，而且存在很大的巡邏盲區(qū)，不能完全高效的進(jìn)行區(qū)域巡邏，同時(shí)對(duì)于圖像處理方法，盡管目前技術(shù)較為先進(jìn)，識(shí)別率也很高，但是成本較為昂貴，增加后期維護(hù)成本，同時(shí)識(shí)別效率不是很高；同時(shí)在乒乓球館中，存在一定的人員，而以往的設(shè)備無法識(shí)別人員的活動(dòng)區(qū)域，容易造成人員與設(shè)備的碰撞。

隨著智能控制理論和技術(shù)的飛速發(fā)展，智能地圖構(gòu)建方法在機(jī)器人領(lǐng)域飛速的發(fā)展，為陌生環(huán)境地圖構(gòu)建和自動(dòng)控制提供了良好的基礎(chǔ)，而現(xiàn)代對(duì)于智能機(jī)器人的要求也越加的迫切，為此在一定的理論基礎(chǔ)上做出應(yīng)用性的嘗試。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種智能巡檢拾取乒乓球的裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)乒乓球館的智能巡檢。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：提供一種智能巡檢拾取乒乓球的裝置，包括小車，所述小車上安裝有控制器、地圖構(gòu)建模塊、抓取模塊、識(shí)別定位模塊和移動(dòng)模塊；所述控制器分別與地圖構(gòu)建模塊、抓取模塊和識(shí)別定位模塊相連；所述控制器用于協(xié)調(diào)各個(gè)模塊的工作；所述地圖構(gòu)建模塊通過測(cè)距裝置探測(cè)周圍環(huán)境，對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行地圖構(gòu)建和對(duì)電動(dòng)小車進(jìn)行定位；所述識(shí)別定位模塊用于識(shí)別出乒乓球及乒乓球所處的位置；所述抓取模塊用于拾取乒乓球；所述移動(dòng)模塊用于根據(jù)識(shí)別定位模塊識(shí)別出的乒乓球所述的位置帶動(dòng)小車移動(dòng)到乒乓球附近以使得所述抓取模塊拾取乒乓球。

所述地圖構(gòu)建模塊在完成地圖構(gòu)建后還用于規(guī)劃最優(yōu)巡邏路線，所述控制器控制移動(dòng)模塊以最優(yōu)巡邏路線帶動(dòng)小車運(yùn)動(dòng)。

所述地圖構(gòu)建模塊通過激光雷達(dá)探測(cè)周圍環(huán)境。

所述識(shí)別定位模塊包括紅外傳感器和超聲波雷達(dá)；所述紅外傳感器用于識(shí)別出乒乓球；所述超聲波雷達(dá)用于判斷乒乓球所處的位置是否在拾取范圍內(nèi)。

所述紅外傳感器共有三個(gè)，所述三個(gè)紅外傳感器兩兩之間的夾角為120度。

所述抓取模塊包括機(jī)械手臂和舵機(jī)；所述舵機(jī)用于帶動(dòng)機(jī)械手臂；所述機(jī)械手臂上安裝有壓電薄膜；所述壓電薄膜用于檢測(cè)機(jī)械手臂拾取乒乓球時(shí)的夾力；所述控制器根據(jù)壓電薄膜檢測(cè)到的夾力控制所述機(jī)械手臂的力度。

所述小車上還安裝有地磁感應(yīng)模塊，所述地磁感應(yīng)模塊用于檢測(cè)場(chǎng)館內(nèi)的地磁線以確定人員活動(dòng)范圍。

所述控制器還通過無線傳輸協(xié)議與遙控裝置相連。

有益效果

由于采用了上述的技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)和積極效果：

本發(fā)明基于室內(nèi)自動(dòng)定位與地圖構(gòu)建和自動(dòng)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)乒乓球館的智能巡檢，智能識(shí)別人員活動(dòng)區(qū)域，防止人員的碰撞，盡量降低對(duì)人員活動(dòng)的干擾，同時(shí)通過紅外的智能形狀識(shí)別與超聲波雷達(dá)測(cè)距，可以識(shí)別出乒乓球的具體位置，配合小車上的機(jī)械手臂可以輕松的抓取乒乓球。

本發(fā)明可以很好的適用與乒乓球訓(xùn)練館以及戶外的乒乓球練習(xí)場(chǎng)地，無需提前知道場(chǎng)地的環(huán)境地圖，完全可以快速的適用場(chǎng)地，建立高效的巡檢方式，而且通過紅外的智能識(shí)別系統(tǒng)可以高效的而且低成本的解決乒乓球的識(shí)別工作，可以控制機(jī)械手臂抓取乒乓球的力度，以防用力過大抓壞乒乓球，或者用力太小未抓牢乒乓球。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)方框圖；

圖2是本發(fā)明超聲波檢測(cè)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。

本發(fā)明的實(shí)施方式涉及一種智能巡檢拾取乒乓球的裝置，包括小車，所述小車上安裝有控制器、地圖構(gòu)建模塊、抓取模塊、識(shí)別定位模塊和移動(dòng)模塊；所述控制器分別與地圖構(gòu)建模塊、抓取模塊和識(shí)別定位模塊相連；所述控制器用于協(xié)調(diào)各個(gè)模塊的工作；所述地圖構(gòu)建模塊通過測(cè)距裝置探測(cè)周圍環(huán)境，對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行地圖構(gòu)建和對(duì)電動(dòng)小車進(jìn)行定位；所述識(shí)別定位模塊用于識(shí)別出乒乓球及乒乓球所處的位置；所述抓取模塊用于拾取乒乓球；所述移動(dòng)模塊用于根據(jù)識(shí)別定位模塊識(shí)別出的乒乓球所述的位置帶動(dòng)小車移動(dòng)到乒乓球附近以使得所述抓取模塊拾取乒乓球。所述小車上還安裝有地磁感應(yīng)模塊，所述地磁感應(yīng)模塊用于檢測(cè)場(chǎng)館內(nèi)的地磁線以確定人員活動(dòng)范圍。

本實(shí)施方式中，地圖構(gòu)建模塊采用激光雷達(dá)實(shí)現(xiàn)；識(shí)別定位模塊由超聲波雷達(dá)和紅外傳感器組成；抓取模塊采用機(jī)械手臂裝置，該機(jī)械手臂裝置主要為2個(gè)舵機(jī)和一個(gè)機(jī)械夾，機(jī)械夾上安裝有壓電薄膜。移動(dòng)模塊采用直流電動(dòng)機(jī)，直流電機(jī)直接與小車的驅(qū)動(dòng)輪的軸相連，置于小車的底部，直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，則可以帶動(dòng)小車的輪子轉(zhuǎn)動(dòng)。通過控制器控制直流電機(jī)達(dá)到控制小車的行駛速度，并且控制小車的兩個(gè)輪子旋轉(zhuǎn)的速度不同，便可以控制小車進(jìn)行轉(zhuǎn)彎?？刂破鲹?dān)任核心的判斷識(shí)別控制和地圖的構(gòu)建處理工作，控制整個(gè)的系統(tǒng)的平穩(wěn)高效的運(yùn)行。

激光雷達(dá)主要是功能是探測(cè)周圍環(huán)境，方便位置環(huán)境中的地圖構(gòu)建和小車的自我定位，并且在地圖構(gòu)建后自動(dòng)規(guī)劃最優(yōu)巡邏的路線，使得控制器能夠控制移動(dòng)模塊以最優(yōu)巡邏的路線進(jìn)行巡邏。

超聲波雷達(dá)和紅外傳感器共同配合識(shí)別出乒乓球和判斷其具體的位置，方便小車快速的抓取乒乓球。

地磁感應(yīng)模塊通過配合提前在場(chǎng)館設(shè)置的地磁線，可以快速的判定人員活動(dòng)區(qū)域，以防小車誤闖。

所述控制器還通過無線傳輸協(xié)議與遙控裝置相連，通過遙控裝置可以提高小車的娛樂性，可以人為控制小車進(jìn)行巡檢或者乒乓球的抓取。

機(jī)械手臂裝置主要是為了快速的抓取乒乓球，其中配合機(jī)械夾上的壓電薄膜，可以很好的控制抓取力度，以免夾壞乒乓球。

本發(fā)明可以運(yùn)用于完全陌生的環(huán)境中，通過地磁感應(yīng)模塊，人為限定出人員活動(dòng)區(qū)域以后，在地上放置地磁線；也可以不做出限定，小車能夠通過紅外傳感器自動(dòng)避開；小車先開始進(jìn)行地圖構(gòu)建和乒乓球的自動(dòng)識(shí)別和抓取，然后通過構(gòu)建好以后的地圖可以快速的進(jìn)行路線的規(guī)劃，方便快速的高效的對(duì)整個(gè)場(chǎng)地進(jìn)行巡檢，拾取散落在地的乒乓球。

系統(tǒng)通過調(diào)用ros中的第三方節(jié)點(diǎn)hectormapping，實(shí)現(xiàn)根據(jù)獲取的激光雷達(dá)信息進(jìn)行定位和地圖構(gòu)建的功能。通過平面布局，快速的來回和交叉巡檢。

把三路e18-d80nk紅外傳感器和兩路hc-sr04超聲波雷達(dá)模塊安裝到可旋轉(zhuǎn)的舵機(jī)上面，可以實(shí)現(xiàn)120度、半徑約0.5米范圍內(nèi)的障礙物檢測(cè)。三路紅外模塊隨舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)尋球，當(dāng)中間一路掃到有障礙物，而旁邊兩路沒有掃到時(shí)，判斷為檢測(cè)到小球。然后驅(qū)動(dòng)小車調(diào)整車身方向前去撿球，當(dāng)前面兩路超聲波檢測(cè)小球在可撿范圍內(nèi)，超聲波檢測(cè)示意如圖2所示，放下機(jī)械爪抓取乒乓球。

由此可見，本發(fā)明在完成地圖構(gòu)建以后，采取高效率的交叉式巡邏方式，同時(shí)配合智能乒乓球識(shí)別和120度大角度的掃描巡檢，可以快速的檢測(cè)整個(gè)區(qū)域的散落乒乓球，并且配合機(jī)械爪抓取乒乓球。

為了避免在抓取的時(shí)候破壞乒乓球或者未抓牢乒乓球，此時(shí)在機(jī)械爪上內(nèi)置一塊pvdf壓電薄膜；在抓取到小球時(shí)，壓電薄膜此時(shí)處于乒乓球和機(jī)械夾的中間，當(dāng)壓力變化時(shí)，此時(shí)的電壓也會(huì)隨之發(fā)生變化，電壓變化值傳輸?shù)娇刂破鳎ㄟ^在控制器上提前在編寫的控制力度范圍，此時(shí)控制器可以根據(jù)電壓變化值可以完美控制抓取力度，保護(hù)好乒乓球不受損害。

遙控裝置通過手桿和操作按鍵給出速度和方向的控制量，通過nrf905射頻模塊的發(fā)送端把數(shù)據(jù)傳輸給小車的無線接收端，經(jīng)單片機(jī)數(shù)據(jù)處理后驅(qū)動(dòng)小車行駛和控制小車抓取乒乓球；同時(shí)也可以通過按鍵控制小車進(jìn)行一鍵返回與自動(dòng)撿球功能。

小車通過12860電池組進(jìn)行供電，電池輸出的電壓經(jīng)過lm2576降壓模塊穩(wěn)壓到12v給小車芯片還有電機(jī)和舵機(jī)驅(qū)動(dòng)供電；為小車的活動(dòng)提供能源。其中在電池輸出模塊上加裝霍爾傳感器，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池的輸出電流，當(dāng)小車電池電量不夠時(shí)，小車可以及時(shí)的執(zhí)行返航程序，進(jìn)行無線充電，避免小車因?yàn)殡姵仉娏坎蛔愣Ｖ构ぷ鳌?/p>

不難發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明可以很好的適用與乒乓球訓(xùn)練館以及戶外的乒乓球練習(xí)場(chǎng)地，無需提前知道場(chǎng)地的環(huán)境地圖，完全可以快速的適用場(chǎng)地，建立高效的巡檢方式，而且通過紅外的智能識(shí)別系統(tǒng)可以高效的而且低成本的解決乒乓球的識(shí)別工作，可以控制機(jī)械手臂抓取乒乓球的力度，以防用力過大抓壞乒乓球，或者用力太小未抓牢乒乓球。