本發(fā)明涉及體育設(shè)備，尤其涉及一種撿網(wǎng)球機(jī)器人及其定位識別撿球方法。

背景技術(shù)：

1、近十年來，網(wǎng)球運動在全球范圍內(nèi)呈現(xiàn)出增長的趨勢，越來越多的人參與到網(wǎng)球運動中。在運動中不免涉及到收球的問題?，F(xiàn)有的網(wǎng)球撿球設(shè)備分為兩種，一、純?nèi)斯烨蛟O(shè)備，二、智能撿球設(shè)備。當(dāng)前行業(yè)以及領(lǐng)域的現(xiàn)狀是各式各樣的人工撿球設(shè)備層出不窮，智能撿球設(shè)備有待發(fā)展。無論是哪一種都有一定的局限性。經(jīng)過查閱資料發(fā)現(xiàn)撿網(wǎng)球機(jī)器人中使用了摩擦輪的技術(shù)能夠很好的實現(xiàn)撿球的任務(wù)，并且在最近機(jī)械視覺技術(shù)的興起，結(jié)合現(xiàn)有的網(wǎng)球撿球技術(shù)，實現(xiàn)對網(wǎng)球的撿球工作。第一種設(shè)備主要優(yōu)勢為輕量化，但也只是起到了輔助撿球的作用并沒有改善人力的撿球的現(xiàn)狀，第二種智能撿球設(shè)備，改善并且滿足了使用機(jī)械替代人工的需求，但是制造成本相對昂貴，亦或者是簡單的使用電力提供能源，代替人力但是實際使用起來體驗感很差。鑒于此，本領(lǐng)域技術(shù)人員設(shè)計了一種撿網(wǎng)球機(jī)器人及其定位識別撿球方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種撿網(wǎng)球機(jī)器人及其定位識別撿球方法。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案為：一方面，本發(fā)明公開了一種撿網(wǎng)球機(jī)器人，包括機(jī)座、移動機(jī)構(gòu)、識別定位機(jī)構(gòu)以及撿球機(jī)構(gòu)，所述移動機(jī)構(gòu)連接在所述機(jī)座底部，所述識別定位機(jī)構(gòu)連接在所述機(jī)座上，所述撿球機(jī)構(gòu)連接在所述機(jī)座前側(cè)，所述撿球機(jī)構(gòu)包括安裝座、設(shè)置在所述安裝座外側(cè)的兩組進(jìn)球?qū)Ъ?、設(shè)置在所述安裝座上的撿球模組以及設(shè)置在所述撿球模組后側(cè)的儲球箱，所述安裝座下端中部設(shè)置有入球口，所述安裝座表面與所述入球口連通設(shè)置有導(dǎo)球斜槽，兩組所述進(jìn)球?qū)Ъ茉谒鋈肭蚩谇皞?cè)向中心收口形成導(dǎo)球通道。

3、由上述方案可知，所述移動機(jī)構(gòu)用于帶動撿網(wǎng)球機(jī)器人實現(xiàn)移動，所述進(jìn)球?qū)Ъ苡糜趯崿F(xiàn)網(wǎng)球從導(dǎo)球通道導(dǎo)入到入球口處，所述識別定位機(jī)構(gòu)用于對網(wǎng)球的位置進(jìn)行識別定位，所述撿球模組將入球口處的網(wǎng)球沿所述導(dǎo)球斜槽移至儲球箱內(nèi)實現(xiàn)對網(wǎng)球的入球撿球。

4、所述撿球模組包括對稱設(shè)置在所述入球口兩側(cè)的驅(qū)動電機(jī)以及設(shè)置在所述驅(qū)動電機(jī)輸出端上的摩擦輪。由此可見，所述驅(qū)動電機(jī)用于驅(qū)動摩擦輪轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)將入球口處的網(wǎng)球進(jìn)行摩擦擠壓發(fā)射。

5、所述識別定位機(jī)構(gòu)包括墊高架、設(shè)置在所述墊高架上的云臺、舵機(jī)以及設(shè)置在云臺上的攝像頭，所述墊高架設(shè)置在所述機(jī)座上。由此可見，所述云臺用于實現(xiàn)追蹤，所述攝像頭用于實現(xiàn)識別定位。

6、所述導(dǎo)球斜槽的寬度大于兩組所述摩擦輪之間的間距，所述安裝座端部設(shè)置有水平延伸部，所述入球口在所述水平延伸部的底端呈下沉式設(shè)置。

7、所述機(jī)座上還設(shè)置有控制模塊，所述控制模塊包括主控板以及電池，所述控制模塊分別與所述移動機(jī)構(gòu)、識別定位機(jī)構(gòu)以及撿球機(jī)構(gòu)電性連接，所述控制模塊信號連接有遠(yuǎn)程監(jiān)控終端。

8、所述進(jìn)球?qū)Ъ馨ㄟB接部和一體成型在所述連接部端部的收攏部，所述導(dǎo)球通道位于所述兩組所述收攏部之間，所述連接部連接在所述墊高架的底部。由此可見，所述進(jìn)球?qū)Ъ芡ㄟ^所述收攏部收攏到入球口處。

9、所述進(jìn)球?qū)Ъ芨叱龅孛嬖O(shè)置，所述進(jìn)球?qū)Ъ芘c地面之間的間距小于網(wǎng)球的直徑。由此可見，所述進(jìn)球?qū)Ъ苡糜趯W(wǎng)球進(jìn)行限位同時避免塵土以及其他雜物帶入至所述導(dǎo)球通道，提高網(wǎng)球?qū)虻臏?zhǔn)確性，同時避免了因進(jìn)球?qū)Ъ艿撞颗c場地之間摩擦。

10、所述移動機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在所述機(jī)座底部的四個麥克納姆輪。由此可見，所述麥克納姆輪用于帶動撿網(wǎng)球機(jī)器人全向移動進(jìn)行撿球。

11、另一方面，本發(fā)明公開了一種定位識別撿球方法，該方法包括以下步驟：

12、s1、啟動電源，麥克納姆輪帶動實現(xiàn)360度旋轉(zhuǎn)，撿球機(jī)器人步進(jìn)式前進(jìn)，此時攝像頭以自身為原點進(jìn)行360度的掃描工作，搜尋需要拾取的目標(biāo)；

13、s2、判定攝像頭識別范圍內(nèi)是否存在網(wǎng)球，若不存在，返回s1；若存在，進(jìn)入s3；

14、s3、對攝像頭視野中的所有目標(biāo)物進(jìn)行測距，根據(jù)三角相似原理，利用下述公式計算目標(biāo)距離：

15、

16、則

17、

18、其中，lm表示機(jī)器人與目標(biāo)之間的距離，bpix表示攝像頭中目標(biāo)物占的像素，apix表示固定的圖像像素，a表示鏡頭視角的一半，k表示常數(shù)；

19、并根據(jù)目標(biāo)距離計算距離因子：

20、

21、其中，distance＝lm，d表示距離因子；

22、s4、將網(wǎng)球以及銳利物品等障礙物分別賦予一個類別標(biāo)簽，基于目標(biāo)的類型，為每個目標(biāo)一一分配相應(yīng)的初始優(yōu)先級，其中，網(wǎng)球的初始優(yōu)先極設(shè)為正值，銳利物品、障礙物等物體的初始優(yōu)先級設(shè)為負(fù)值；

23、s5、基于目標(biāo)帶來的潛在性威脅，利用下述公式計算出風(fēng)險因子：

24、r＝risk_factor

25、其中，r表示風(fēng)險因子，risk_factor是預(yù)先設(shè)定好的危險值；

26、s6、機(jī)器人通過初始優(yōu)先級、距離因子以及風(fēng)險因子計算出最終優(yōu)先級：

27、p＝(initial_p+d)*|r|

28、其中，p表示最終優(yōu)先級，initial_p表示初始優(yōu)先級，d表示距離因子，r表示風(fēng)險因子；

29、s7、若最終優(yōu)先值為正值，機(jī)器人根據(jù)最終優(yōu)先級的最大數(shù)值優(yōu)先進(jìn)入s8實現(xiàn)撿球；若最終優(yōu)先值為負(fù)值，機(jī)器人優(yōu)先對最終優(yōu)先極的絕對值最大值實現(xiàn)避讓；

30、s8、麥克納姆輪帶動攝像頭移動，使得待撿網(wǎng)球精確置于攝像頭的視野中心；

31、s9、進(jìn)球?qū)Ъ軐⑶蚴諗n到入球口處，入球口兩側(cè)的驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動摩擦輪轉(zhuǎn)動帶動網(wǎng)球進(jìn)行發(fā)射，網(wǎng)球沿導(dǎo)球斜槽進(jìn)入到儲球箱內(nèi)進(jìn)行收集；

32、s10、根據(jù)預(yù)設(shè)的電池閾值判定電池電量是否充足，若充足，繼續(xù)撿球；若不充足，麥克納姆輪驅(qū)動機(jī)器人返回充電。

33、在s1中，麥克納姆輪單次前進(jìn)的步進(jìn)距離為5～10米。

技術(shù)特征：

1.一種撿網(wǎng)球機(jī)器人，包括機(jī)座(1)、移動機(jī)構(gòu)(2)、識別定位機(jī)構(gòu)以及撿球機(jī)構(gòu)，所述移動機(jī)構(gòu)(2)連接在所述機(jī)座(1)底部，所述識別定位機(jī)構(gòu)連接在所述機(jī)座(1)上，所述撿球機(jī)構(gòu)連接在所述機(jī)座(1)前側(cè)，其特征在于，所述撿球機(jī)構(gòu)包括安裝座(3)、設(shè)置在所述安裝座(3)外側(cè)的兩組進(jìn)球?qū)Ъ?4)、設(shè)置在所述安裝座(3)上的撿球模組(5)以及設(shè)置在所述撿球模組(5)后側(cè)的儲球箱(6)，所述安裝座(3)下端中部設(shè)置有入球口(31)，所述安裝座(3)表面與所述入球口(31)連通設(shè)置有導(dǎo)球斜槽(32)，兩組所述進(jìn)球?qū)Ъ?4)在所述入球口(31)前側(cè)向中心收口形成導(dǎo)球通道。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種撿網(wǎng)球機(jī)器人，其特征在于，所述撿球模組(5)包括對稱設(shè)置在所述入球口(31)兩側(cè)的驅(qū)動電機(jī)(51)以及設(shè)置在所述驅(qū)動電機(jī)(51)輸出端上的摩擦輪(52)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種撿網(wǎng)球機(jī)器人，其特征在于，所述識別定位機(jī)構(gòu)包括墊高架(7)、設(shè)置在所述墊高架(7)上的云臺(8)、舵機(jī)(12)以及設(shè)置在云臺(8)上的攝像頭(9)，所述墊高架(7)設(shè)置在所述機(jī)座(1)上。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種撿網(wǎng)球機(jī)器人，其特征在于，所述導(dǎo)球斜槽(32)的寬度大于兩組所述摩擦輪(52)之間的間距，所述安裝座(3)端部設(shè)置有水平延伸部(33)，所述入球口(31)在所述水平延伸部(33)的底端呈下沉式設(shè)置。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種撿網(wǎng)球機(jī)器人，其特征在于，所述機(jī)座(1)上還設(shè)置有控制模塊，所述控制模塊包括主控板(10)以及電池(11)，所述控制模塊分別與所述移動機(jī)構(gòu)(2)、識別定位機(jī)構(gòu)以及撿球機(jī)構(gòu)電性連接，所述控制模塊信號連接有遠(yuǎn)程監(jiān)控終端。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種撿網(wǎng)球機(jī)器人，其特征在于，所述進(jìn)球?qū)Ъ?4)包括連接部(41)和一體成型在所述連接部(41)端部的收攏部(42)，所述導(dǎo)球通道位于所述兩組所述收攏部(42)之間，所述連接部(41)連接在所述墊高架(7)的底部。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種撿網(wǎng)球機(jī)器人，其特征在于，所述進(jìn)球?qū)Ъ?3)高出地面設(shè)置，所述進(jìn)球?qū)Ъ?3)與地面之間的間距小于網(wǎng)球的直徑。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種撿網(wǎng)球機(jī)器人，其特征在于，所述移動機(jī)構(gòu)(2)包括設(shè)置在所述機(jī)座(1)底部的四個麥克納姆輪。

9.一種應(yīng)用于權(quán)利要求1～8任一項所述的撿網(wǎng)球機(jī)器人的定位識別撿球方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

10.一種根據(jù)權(quán)利要求9所述的定位識別撿球方法，其特征在于，在s1中，麥克納姆輪單次前進(jìn)的步進(jìn)距離為5～10米。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及體育設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種撿網(wǎng)球機(jī)器人及其定位識別撿球方法，一方面，一種撿網(wǎng)球機(jī)器人包括機(jī)座、移動機(jī)構(gòu)、識別定位機(jī)構(gòu)以及撿球機(jī)構(gòu)，所述移動機(jī)構(gòu)連接在所述機(jī)座底部，所述識別定位機(jī)構(gòu)連接在所述機(jī)座上，所述撿球機(jī)構(gòu)連接在所述機(jī)座前側(cè)，所述撿球機(jī)構(gòu)包括安裝座、設(shè)置在所述安裝座外側(cè)的兩組進(jìn)球?qū)Ъ堋⒃O(shè)置在所述安裝座上的撿球模組以及設(shè)置在所述撿球模組后側(cè)的儲球箱，所述安裝座下端中部設(shè)置有入球口，所述安裝座表面與所述入球口連通設(shè)置有導(dǎo)球斜槽，兩組所述進(jìn)球?qū)Ъ茉谒鋈肭蚩谇皞?cè)向中心收口形成導(dǎo)球通道。

技術(shù)研發(fā)人員：王丹丹,林澤燊,赫穎杰,劉鍇,羅振琨
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京理工大學(xué)珠海學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30