專利名稱：一種自動撿球機器人的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是一種自動撿球機器人，特別是可以實現(xiàn)對乒乓球的自動識別和自動撿取，并通過紅外線傳感器對周圍環(huán)境監(jiān)測，實現(xiàn)自動避障的功能的自動撿球機器人，屬于自動撿球機器人的改造技術。
背景技術：
在乒乓球室里，由于訓練或者比賽的時候，地面上將會有很多出界或者無效的乒乓球。如果由人工來撿球，將會造成效率低、工作量大等弊端。因此，如果能有一種撿球機器人應用于乒乓球場館里，且能迅速找到球的位置并能夠實現(xiàn)自動撿球的功能，將可以使人們擺脫一些繁瑣的工作、大大減輕人們的勞動強度、提高人們的生活質量。目前已有的乒乓球自動撿球機器人種類較少，且撿球動作的實現(xiàn)主要是通過機械手等機械裝置來撿球。這些撿球裝置多因為機械機構的限制，對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離墻壁的乒乓球的撿取。本自動撿球機器人采用風扇產生的吸力來實現(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，本機器人沒有復雜的機械結構，結構簡單，且撿球過程中對乒乓無損傷、撿球失誤率更低。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于考慮上述問題而提供一種結構簡單，可靠性高，成本低，易推廣的自動撿球機器人。本發(fā)明設計合理，方便實用。本發(fā)明的技術方案是本發(fā)明的自動撿球機器人，包括有機器人外殼、吸球裝置、移動裝置及控制系統(tǒng)，其中吸球裝置包括有吸球風扇、吸球管、裝球腔，移動裝置包括有舵機、主動輪，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在機器人外殼上，且位于吸球風扇的上端，吸球管的下端設有吸球口，吸球管的上端設有出球口，裝球腔設置在出球口的下方，主動輪的轉軸與舵機的輸出軸連接，主動輪裝設在機器人外殼的底部，控制系統(tǒng)的攝像頭模塊安裝在吸球管所設出球口的上方，攝像頭模塊的信號線與中央處理器的信號輸入端連接；紅外避障器模塊安裝在機器人外殼的左右兩側，紅外避障器模塊的信號線與中央處理器的信號輸入端連接，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計，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。上述裝球腔裝設在機器人外殼的后部，機器人外殼的后部設有驅動裝球腔自動或手動從機器人外殼后部推出的驅動裝置。上述紅外避障器模塊的信號線穿過機器人外殼與中央處理器的信號輸入端連接。上述機器人外殼的底部前端或后端裝設有兩個主動輪，機器人外殼的后端或前端還裝設有萬向輪，兩個主動輪分別由兩個舵機驅動，兩個舵機的電源線與電源模塊連接，兩個舵機的信號線與中央處理器連接，能實現(xiàn)機器人的直線行走與轉彎的兩個舵機的采用差速控制。上述出球口擋板為一個能自由活動的輕質彈性膠質片。上述攝像頭模塊包括有攝像頭、微型舵機、安裝架活動板、安裝架固定板，安裝架固定板通過螺釘固定在吸球管上，安裝架活動板固裝在安裝架固定板上，微型舵機和攝像頭均安裝在安裝架活動板上，帶動安裝架活動板及其攝像頭擺動的微型舵機的信號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器人外殼、吸球裝置、移動裝置及控制系統(tǒng)的結構，撿球機器人撿球的過程首先是采用攝像頭來探測乒乓球所在的位置，并通過控制系統(tǒng)驅動舵機使機器人向球靠近，最后通過啟動吸球風扇將乒乓球送進一個吸球管，并使乒乓球由出球口掉落、存放于撿球機器人的裝球腔中。本發(fā)明是一種設計巧妙、性能優(yōu)良的自動撿球機器人，具有結構簡單、可靠性高等優(yōu)點，可應用于乒乓球館及乒乓球訓練場的乒乓球撿球。


圖I為本發(fā)明自動撿球機器人的整體結構示意圖。圖2為本發(fā)明自動撿球機器人的內部結構示意圖。圖3為本發(fā)明吸球裝置的結構示意圖。圖4為本發(fā)明攝像頭模塊的結構示意圖。其中1、吸球管；2、機器人外殼；3、萬向輪；4、紅外避障器模塊；5、攝像頭模塊;6、吸球風扇；7、裝球腔；8、鋰電池；9、舵機；10、主動輪；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；17、攝像頭；18、安裝架活動板；19、安裝架固定板。
具體實施例方式實施例
本發(fā)明的結構示意圖如圖1、2、3、4所示，本發(fā)明的自動撿球機器人，包括有機器人外殼2、吸球裝置、移動裝置及控制系統(tǒng)，其中吸球裝置包括有吸球風扇6、吸球管I、裝球腔7，移動裝置包括有舵機9、主動輪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傾斜裝設在機器人外殼2上,且位于吸球風扇6的上端，吸球管I的下端設有吸球口 15，吸球管I的上端設有出球口 14，裝球腔7設置在出球口14的下方，主動輪10的轉軸與舵機9的輸出軸連接，主動輪10裝設在機器人外殼2的底部，控制系統(tǒng)的攝像頭模塊5安裝在吸球管I所設出球口 15的上方，攝像頭模塊5的信號線與中央處理器11的信號輸入端連接；紅外避障器模塊4安裝在機器人外殼2的左右兩側，紅外避障器模塊4的信號線與中央處理器11的信號輸入端連接，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為敞口設計，吸球口 15與地面高度為3mm。由于吸球口 15是敞口設計，位于吸球口 15附近的乒乓球都能夠被順利吸起。本實施例中，上述出球口 14安裝有一塊出球口擋板13。本實施例中，上述裝球腔7裝設在機器人外殼2的后部，機器人外殼2的后部設有驅動裝球腔7自動或手動從機器人外殼2后部推出的驅動裝置。本實施例中，上述紅外避障器模塊4的信號線穿過機器人外殼2與中央處理器11的信號輸入端連接。本實施例中，上述機器人外殼2的底部前端或后端裝設有兩個主動輪10，機器人外殼2的后端或前端還裝設有萬向輪3，兩個主動輪10分別由兩個舵機9驅動，兩個舵機9的電源線與電源模塊12連接，兩個舵機9的信號線與中央處理器11連接，能實現(xiàn)機器人的直線行走與轉彎的兩個舵機9的采用差速控制。本實施例中，上述出球口擋板13為一個能自由活動的輕質彈性膠質片。當吸球風扇6啟動時，吸球管出球口處的出球口擋板13將在負壓作用下被吸起，并將出球口 14封住，從而增強了吸球管I內的負壓程度，確保乒乓球能夠被順利吸起。當乒乓球被成功吸起后，中央處理器11再次發(fā)送指令控制吸球風扇6停止，出球口擋板13將在重力作用下自動打開，從而使乒乓球通過出球口 14順利落進裝球腔7。本實施例中，上述攝像頭模塊5包括有攝像頭17、微型舵機16、安裝架活動板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，安裝架活動板18固裝在安裝架固定板19上，微型舵機16和攝像頭17均安裝在安裝架活動板18上，帶動安裝架活動板18及其攝像頭17擺動的微型舵機16的信號線與中央處理器11連接。本實施例中，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啟動撿球機器人時，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將實時檢測撿球機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，并通過路徑規(guī)劃算法給舵機9發(fā)送指令，控制撿球機器人移動到乒乓球前方。當撿球機器人移動到與乒乓球的距離小于設定值時，中央處理器11將發(fā)送指令控制吸球風扇6啟動，從而將乒乓球吸進吸球管I，并將乒乓球存放于裝球腔7中，實現(xiàn)撿球目的。當撿球機器人在移動過程中，紅外避障器模塊4探測到機器人前方有障礙物、且機器人與障礙物距離小于一定值時，紅外避障器模塊4發(fā)送信號給中央處理器11，再經由中央處理器11執(zhí)行避障程序，輸出信號控制舵機9執(zhí)行相應的避障運動。當攝像頭模塊5檢測不到撿球機器人前方有乒乓球時，中央處理器11則會發(fā)送指令給舵機9，控制撿球機器人向左持續(xù)轉動，直至檢測到現(xiàn)場有乒乓球，才控制機器人執(zhí)行撿球動作。當撿球機器人持續(xù)轉動一周仍然未能找到乒乓球時，中央處理器11控制微型舵機16轉動一定角度，使攝像頭模塊5具有更遠的視野，并繼續(xù)執(zhí)行以上撿球動作。當攝像頭模塊5具有最遠視野仍然未能找到乒乓球時，或者裝球腔7中的乒乓球存滿時，中央處理器11將控制蜂鳴器報警，通知工作人員撿球結束。
權利要求
1.一種自動撿球機器人，其特征在于包括有機器人外殼(2)、吸球裝置、移動裝置及控制系統(tǒng)，其中吸球裝置包括有吸球風扇(6)、吸球管(I)、裝球腔(7)，移動裝置包括有舵機(9)、主動輪(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)傾斜裝設在機器人外殼(2)上，且位于吸球風扇(6)的上端，吸球管⑴的下端設有吸球口(15)，吸球管⑴的上端設有出球口(14)，裝球腔(7)設置在出球口(14)的下方，主動輪(10)的轉軸與舵機(9)的輸出軸連接，主動輪(10)裝設在機器人外殼⑵的底部，控制系統(tǒng)的攝像頭模塊(5)安裝在吸球管⑴所設出球口(15)的上方，攝像頭模塊(5)的信號線與中央處理器(11)的信號輸入端連接；紅外避障器模塊⑷安裝在機器人外殼⑵的左右兩側，紅外避障器模塊⑷的信號線與中央處理器(11)的信號輸入端連接，中央處理器(11)與電源模塊(12)連接。
2.根據(jù)權利要求I所述的自動撿球機器人，其特征在于上述中央處理器(11)為ARM9處理器。
3.根據(jù)權利要求I所述的自動撿球機器人，其特征在于上述吸球口(15)為敞口設計，吸球口(15)與地面高度為3mm。
4.根據(jù)權利要求I所述的自動撿球機器人，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)權利要求I所述的自動撿球機器人，其特征在于上述裝球腔(7)裝設在機器人外殼(2)的后部，機器人外殼(2)的后部設有驅動裝球腔(7)自動或手動從機器人外殼(2)后部推出的驅動裝置。
6.根據(jù)權利要求I所述的自動撿球機器人，其特征在于上述紅外避障器模塊(4)的信號線穿過機器人外殼(2)與中央處理器(11)的信號輸入端連接。
7.根據(jù)權利要求I所述的自動撿球機器人，其特征在于上述機器人外殼(2)的底部前端或后端裝設有兩個主動輪(10)，機器人外殼(2)的后端或前端還裝設有萬向輪(3)，兩個主動輪(10)分別由兩個舵機(9)驅動，兩個舵機(9)的電源線與電源模塊(12)連接，兩個舵機(9)的信號線與中央處理器(11)連接，能實現(xiàn)機器人的直線行走與轉彎的兩個舵機(9)的采用差速控制。
8.根據(jù)權利要求I所述的自動撿球機器人，其特征在于上述出球口擋板(13)為一個能自由活動的輕質彈性膠質片。
9.根據(jù)權利要求I所述的自動撿球機器人，其特征在于上述攝像頭模塊(5)包括有攝像頭(17)、微型舵機(16)、安裝架活動板(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，安裝架活動板(18)固裝在安裝架固定板(19)上，微型舵機(16)和攝像頭(17)均安裝在安裝架活動板(18)上，帶動安裝架活動板(18)及其攝像頭(17)擺動的微型舵機(16)的信號線與中央處理器(11)連接。
10.根據(jù)權利要求I所述的自動撿球機器人，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)明是一種自動撿球機器人。包括吸球裝置、移動裝置及控制系統(tǒng)，吸球裝置包括吸球風扇、吸球管、裝球腔，移動裝置包括有舵機、主動輪，控制系統(tǒng)包括中央處理器、攝像頭模塊、紅外避障器模塊,吸球管裝設在機器人外殼上，且位于吸球風扇的上端，吸球管的下端設有吸球口，吸球管的上端設有出球口，裝球腔設置在出球口的下方，主動輪的轉軸與舵機的輸出軸連接，主動輪裝設在機器人外殼的底部，攝像頭模塊安裝在吸球管所設出球口的上方，紅外避障器模塊安裝在機器人外殼的兩側，攝像頭模塊及紅外避障器模塊的信號線與中央處理器的信號輸入端連接。本發(fā)明實現(xiàn)對乒乓球的自動識別和自動撿取，并通過紅外線避障器模塊對周圍環(huán)境監(jiān)測，實現(xiàn)自動避障的功能。
文檔編號A63B47/02GK102908763SQ201210399769
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月19日 優(yōu)先權日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 申請人:廣東工業(yè)大學