基于智能手機的輪式足球機器人及其操作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種輪式足球機器人，尤其涉及把智能手機的傳感器測量和高速運算功能結(jié)合到足球定位、抓取和擊打的機器人。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著更多智能化的足球機器人面世，而且智能足球機器人經(jīng)常進行比賽，且具有極高的觀賞性和趣味性，但是市場的足球機器人因為視覺傳感器價格昂貴，且機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，導(dǎo)致其價格高昂，從而使得消費市場很小。
[0003]隨著互聯(lián)網(wǎng)時代到來，越來越多的人使用智能手機，并且現(xiàn)在智能手機的攝像頭具有很強圖像處理的功能，而將智能手機與足球機器人結(jié)合，會給人帶來一種新穎的娛樂方式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了基于智能手機的輪式足球機器人及其操作方法，該輪式足球機器人結(jié)合了智能手機，給人帶來一種全新且智能化的娛樂體驗。
[0005]為了實現(xiàn)上述的技術(shù)特征，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:基于智能手機的輪式足球機器人，它包括機器人底盤裝置，機器人底盤裝置的頭部安裝有持球機構(gòu)，持球機構(gòu)上安裝有避障系統(tǒng)，主控制系統(tǒng)安裝在機器人底盤裝置靠近尾部的上表面，攝像頭跟隨系統(tǒng)安裝在機器人底盤裝置靠近頭部的上表面，主控制系統(tǒng)能夠接受、處理攝像頭跟隨系統(tǒng)傳輸?shù)膱D像信號以及避障系統(tǒng)所檢測的位置信號，進而控制機器人底盤裝置和持球機構(gòu)的動作。
[0006]所述主控制系統(tǒng)包括電源，電源通過與降壓模塊和穩(wěn)壓模塊相連并同時為主控制器、電機驅(qū)動模塊、主控制器擴展板和藍(lán)牙模塊供電，電機驅(qū)動模塊與主控制器相連控制機器人底盤裝置的車輪轉(zhuǎn)動，藍(lán)牙模塊能夠與智能手機的藍(lán)牙通過無線傳輸信號相連。
[0007]所述攝像頭跟隨系統(tǒng)包括智能手機，智能手機通過塑料緊固螺釘固定在手機支架上，手機支架與舵機U型支架相連，舵機通過舵機支架固定在機器人底盤裝置上，通過開啟智能手機上前置攝像頭應(yīng)用程序，攝像頭識別發(fā)光球顏色并計算發(fā)光球大小，以及發(fā)光球在攝像頭視野中心上下及左右的偏差距離，并將采集到的這些數(shù)據(jù)通過OTG線傳輸?shù)街骺刂葡到y(tǒng)，通過主控制系統(tǒng)的主控制器計算上下偏差距離，控制舵機轉(zhuǎn)動，從而帶動智能手機跟隨發(fā)光球上下擺動，達到跟隨效果。
[0008]所述持球機構(gòu)包括兩個L型支架，L型支架固定安裝在機器人底盤裝置頭部的左右兩側(cè)面，180度舵機安裝在L型支架的頂部，180度舵機的輸出軸與其中一個卡爪相連。
[0009]所述卡爪共有兩個呈對稱安裝，都采用四連桿機構(gòu)，并通過齒輪嚙合保證其動作的同步，實現(xiàn)球體的夾持動作。
[0010]所述避障系統(tǒng)包括左右各一個紅外線傳感器，紅外線傳感器通過傳感器支架固定在持球機構(gòu)的L型支架上，紅外線傳感器能夠檢測到其與障礙物之間的距離，并將距離信號傳輸?shù)街骺刂破鳌?br>[0011]所述機器人底盤裝置包括底盤支架，底盤支架上安裝有底盤上板，底盤上板的左右兩側(cè)面安裝有電機支架，電機支架上安裝有電機，電機通過聯(lián)軸器與車輪相連，電池安裝在底盤上板的中部為電機提供電能，底盤上板的頭部安裝有兩個立柱，立柱之間安裝有萬向輪。
[0012]一種用于操作基于智能手機的輪式足球機器人的方法，包括以下步驟:
按下降壓模塊上的電源開關(guān)，啟動輪式機器人；
開啟智能手機，并點擊進入相應(yīng)的手機應(yīng)用；
智能手機的前置攝像頭可以自動開啟，通過智能手機的攝像頭捕捉其視野中的已標(biāo)記的帶顏色球體；
智能手機將球體圖像通過OTG線將數(shù)據(jù)傳給主控制器，主控制器計算球體距離攝像頭視野中心上下偏差，再控制舵機的轉(zhuǎn)動，進而調(diào)節(jié)智能手機的俯仰角度，捕捉球體的位置信息;
主控制器計算攝像頭視野中球體面積大小，以及到攝像頭視野中心左右的偏差，來控制兩個電機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)機器人的前進和轉(zhuǎn)彎；
當(dāng)物體進入攝像頭視野正中央，且球體面積大小達到目標(biāo)值時候，主控制器控制持球機構(gòu)上的180度舵機轉(zhuǎn)動，從而使得卡爪閉合，準(zhǔn)確將球夾住，舵機202轉(zhuǎn)動，智能手機恢復(fù)到初始位置；
機器人原地慢速旋轉(zhuǎn)，并通過攝像頭尋找已標(biāo)記了與球體顏色不同的球門，當(dāng)攝像頭捕捉到球門后，往球門方向運動；
當(dāng)球門位于攝像頭視野正中央，并且球門面積大小達到目標(biāo)值時候，主控制器控制持球機構(gòu)上的180度舵機轉(zhuǎn)動，從而使得卡爪松開，舵機轉(zhuǎn)動，智能手機恢復(fù)到初始位置；兩個電機同時同速度反轉(zhuǎn)，機器人后退一段距離后停止，然后開始加速前進，撞擊到球后，立刻反轉(zhuǎn)制動，完成擊球動作。
[0013]本發(fā)明有如下有益效果:
此基于智能手機的輪式機器人，將智能手機攝像頭圖像采集和圖像分析功能相結(jié)合，通過主控制系統(tǒng)對采集到的圖像信號進行分析和處理，從而控制機器人的運動，輪式足球機器人以簡單的機械結(jié)構(gòu)達到追蹤發(fā)光球，對發(fā)光球進行夾持，對發(fā)光球進行轉(zhuǎn)移運動，對發(fā)光球進行定位擊打等功能，使得智能手機的娛樂形式更富有科技感，同時也的足球機器人娛樂方式更加智能化，并且充分運用了智能手機攝像頭以及距離傳感器等功能，使得制造成本大大降低。
[0014]上述主控制系統(tǒng)包括電源，電源通過與降壓模塊和穩(wěn)壓模塊相連并同時為主控制器、電機驅(qū)動模塊、主控制器擴展板和藍(lán)牙模塊供電，通過降壓模塊進行降壓操作能夠為主控制系統(tǒng)中的各個不同控制模塊提供穩(wěn)定的電壓，電機驅(qū)動模塊與主控制器相連控制機器人底盤裝置的車輪轉(zhuǎn)動，進而控制機器人的行走，藍(lán)牙模塊能夠與智能手機的藍(lán)牙通過無線傳輸信號相連，從而方便了用手機來控制機器人。
[0015]上述攝像頭跟隨系統(tǒng)包括智能手機，智能手機通過塑料緊固螺釘固定在手機支架上，手機支架與舵機U型支架相連，舵機通過舵機支架固定在機器人底盤裝置上，通過開啟智能手機上前置攝像頭應(yīng)用程序，攝像頭識別發(fā)光球顏色并計算發(fā)光球大小，以及發(fā)光球在攝像頭視野中心上下及左右的偏差距離，并將采集到的這些數(shù)據(jù)通過OTG線傳輸?shù)街骺刂葡到y(tǒng)，通過主控制系統(tǒng)的主控制器計算上下偏差距離，控制舵機轉(zhuǎn)動，從而帶動智能手機跟隨發(fā)光球上下擺動，達到跟隨效果。
[0016]上述的智能手機有前置攝像頭應(yīng)用程序，是通過Processing軟件開發(fā)的一款手機應(yīng)用，這款手機應(yīng)用自動開啟智能手機前置攝像頭捕捉其視野中的已標(biāo)記的帶顏色物體，并計算物體的大小以及到攝像頭視野中心上下及左右的偏差距離。上述的舵機能夠在主控制器的作用轉(zhuǎn)動，通過轉(zhuǎn)動進而帶動智能手機在一定角度內(nèi)進行俯仰動作，進而能夠時時的捕捉發(fā)光球的位置。
[0017]上述持球機構(gòu)包括兩個L型支架，L型支架固定安裝在機器人底盤裝置頭部的左右兩側(cè)面，180度舵機安裝在L型支架的頂部，180度舵機的輸出軸與其中一個卡爪相連。通過卡爪能夠?qū)ξ矬w進行夾持動作，進而帶動物體跟隨機器人一起移動。
[0018]上述卡爪共有兩個呈對稱安裝，都采用四連桿機構(gòu)，并通過齒輪嚙合保證其動作的同步，實現(xiàn)球體的夾持動作。
[0019]上述避障系統(tǒng)包括左右各一個紅外線傳感器，紅外線傳感器通過傳感器支架固定在持球機構(gòu)的L型支架上，紅外線傳感器能夠檢測到其與障礙物之間的距離，并將距離信號傳輸?shù)街骺刂破?。紅外線傳感器將檢測到的距離信號傳輸?shù)街骺刂葡到y(tǒng)，進而控制機器人的運動，可以通過控制電機的轉(zhuǎn)動帶動車輪的轉(zhuǎn)動，對機器人進行前行、轉(zhuǎn)彎、停止和后退等動作。
[0020]上述機器人底盤裝置包括底盤支架，底盤支架上安裝有底盤上板，底盤上板的左右兩側(cè)面安裝有電機支架，電機支架上安裝有電機，電機通過聯(lián)軸器與車輪相連，電池安裝在底盤上板的中部為電機提供電能，底盤上板的頭部安裝有兩個立柱，立柱之間安裝有萬向輪。通過機器人底盤裝置能夠?qū)崿F(xiàn)機器人的行走。
[0021]上述主控制系統(tǒng)通過處理發(fā)光球到智能手機攝像頭視野中心左右偏離的數(shù)據(jù)，控制左右兩個電機的正反轉(zhuǎn)，從而使機器人靈活運動，并追蹤發(fā)光球。
【附圖說明】
[0022]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0023]圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖2為本發(fā)明的主控制系統(tǒng)以及攝像頭跟隨系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖3為本發(fā)明的持球機構(gòu)和避障系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖4為本發(fā)明的機器人底盤結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖5為本發(fā)明的控制系統(tǒng)原理圖。
[0028]圖中:主控制系統(tǒng)10、攝像頭跟隨系統(tǒng)20、持球機構(gòu)30、避障系統(tǒng)40、底盤裝置50 ο
[0029]電機驅(qū)動模塊101、降壓模塊102、主控制器103、穩(wěn)壓模塊104、主控制器擴展板105、藍(lán)牙模塊106。
[0030]舵機支架201、舵機202、舵機U型支架203、手機支架204、塑料緊固螺釘205、智能手機206。
[0031]L型支架301、180度舵機302、卡爪303。
[0032]傳感器支架401、紅外線傳感器402。
[0033]底盤上板501、車輪502、電機支架503、底盤支架504、電機505、底板支架506、電池507、立柱508、萬向輪509。
【具體實施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式做進一步的說明。
[0035]本發(fā)明的實施方法涉及一種基于智能手機的輪式足球機器人，如圖1所示，它包括機器人底盤裝置50，機器人底盤裝置50的頭部安裝有持球機構(gòu)30，持球機構(gòu)30上安裝有避障系統(tǒng)40，主控制系統(tǒng)10安裝在機器人底盤裝置50靠近尾部的上表面，攝像頭跟隨系統(tǒng)20安裝在機器人底盤裝置50靠近頭部的上表面，主控制系統(tǒng)10能夠接受、處理攝像頭跟隨系統(tǒng)20傳輸?shù)膱D像信號以及避障系統(tǒng)40所檢測的位置信號，進而控制機器人底盤裝置50和持球機構(gòu)30的動作。
[0036]如圖2，主控制系統(tǒng)10包括電源，電源通過與降壓模塊102和穩(wěn)壓模塊104相連并同時為主控制器103、電機驅(qū)動模塊101、主控制器擴展板105和藍(lán)牙模塊106供電，通過降壓模塊102進行降壓操作能夠為主控制系統(tǒng)10中的各個不同控制模塊提供穩(wěn)定的電壓，電機驅(qū)動模塊101與主控制器103相連控制機器人底盤裝置50的車輪502轉(zhuǎn)動，進而控制機器人的行走，藍(lán)牙模塊106能夠與智能手機的藍(lán)牙通過無線傳輸信號相連，從而方便了用