基于智能手機(jī)的輪式足球機(jī)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(jī)器人，尤其涉及把智能手機(jī)的傳感器測(cè)量和高速運(yùn)算功能結(jié)合到足球定位、抓取和擊打的機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著更多智能化的足球機(jī)器人面世，而且智能足球機(jī)器人經(jīng)常進(jìn)行比賽，且具有極高的觀賞性和趣味性，但是市場(chǎng)的足球機(jī)器人因?yàn)橐曈X傳感器價(jià)格昂貴，且機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，導(dǎo)致其價(jià)格高昂，從而使得消費(fèi)市場(chǎng)很小。
[0003]隨著互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代到來，越來越多的人使用智能手機(jī)，并且現(xiàn)在智能手機(jī)的攝像頭具有很強(qiáng)圖像處理的功能，而將智能手機(jī)與足球機(jī)器人結(jié)合，會(huì)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(jī)的輪式足球機(jī)器人及其操作方法，該輪式足球機(jī)器人結(jié)合了智能手機(jī)，給人帶來一種全新且智能化的娛樂體驗(yàn)。
[0005]為了實(shí)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(jī)的輪式足球機(jī)器人，它包括機(jī)器人底盤裝置，機(jī)器人底盤裝置的頭部安裝有持球機(jī)構(gòu)，持球機(jī)構(gòu)上安裝有避障系統(tǒng)，主控制系統(tǒng)安裝在機(jī)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(jī)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(hào)以及避障系統(tǒng)所檢測(cè)的位置信號(hào)，進(jìn)而控制機(jī)器人底盤裝置和持球機(jī)構(gòu)的動(dòng)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(shí)為主控制器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、主控制器擴(kuò)展板和藍(lán)牙模塊供電，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊與主控制器相連控制機(jī)器人底盤裝置的車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，藍(lán)牙模塊能夠與智能手機(jī)的藍(lán)牙通過無線傳輸信號(hào)相連。
[0007]所述攝像頭跟隨系統(tǒng)包括智能手機(jī)，智能手機(jī)通過塑料緊固螺釘固定在手機(jī)支架上，手機(jī)支架與舵機(jī)U型支架相連，舵機(jī)通過舵機(jī)支架固定在機(jī)器人底盤裝置上，通過開啟智能手機(jī)上前置攝像頭應(yīng)用程序，攝像頭識(shí)別發(fā)光球顏色并計(jì)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(jì)算上下偏差距離，控制舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)智能手機(jī)跟隨發(fā)光球上下擺動(dòng)，達(dá)到跟隨效果。
[0008]所述持球機(jī)構(gòu)包括兩個(gè)L型支架，L型支架固定安裝在機(jī)器人底盤裝置頭部的左右兩側(cè)面，180度舵機(jī)安裝在L型支架的頂部，180度舵機(jī)的輸出軸與其中一個(gè)卡爪相連。
[0009]所述卡爪共有兩個(gè)呈對(duì)稱安裝，都采用四連桿機(jī)構(gòu)，并通過齒輪嚙合保證其動(dòng)作的同步，實(shí)現(xiàn)球體的夾持動(dòng)作。
[0010]所述避障系統(tǒng)包括左右各一個(gè)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(jī)構(gòu)的L型支架上，紅外線傳感器能夠檢測(cè)到其與障礙物之間的距離，并將距離信號(hào)傳輸?shù)街骺刂破鳌?br>[0011]所述機(jī)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(jī)支架，電機(jī)支架上安裝有電機(jī)，電機(jī)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(jī)提供電能，底盤上板的頭部安裝有兩個(gè)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(jī)的輪式足球機(jī)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(dòng)輪式機(jī)器人；
開啟智能手機(jī)，并點(diǎn)擊進(jìn)入相應(yīng)的手機(jī)應(yīng)用；
智能手機(jī)的前置攝像頭可以自動(dòng)開啟，通過智能手機(jī)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(jī)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(jì)算球體距離攝像頭視野中心上下偏差，再控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而調(diào)節(jié)智能手機(jī)的俯仰角度，捕捉球體的位置信息;
主控制器計(jì)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(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的前進(jìn)和轉(zhuǎn)彎；
當(dāng)物體進(jìn)入攝像頭視野正中央，且球體面積大小達(dá)到目標(biāo)值時(shí)候，主控制器控制持球機(jī)構(gòu)上的180度舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使得卡爪閉合，準(zhǔn)確將球夾住，舵機(jī)202轉(zhuǎn)動(dòng)，智能手機(jī)恢復(fù)到初始位置；
機(jī)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(yùn)動(dòng)；
當(dāng)球門位于攝像頭視野正中央，并且球門面積大小達(dá)到目標(biāo)值時(shí)候，主控制器控制持球機(jī)構(gòu)上的180度舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使得卡爪松開，舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，智能手機(jī)恢復(fù)到初始位置；兩個(gè)電機(jī)同時(shí)同速度反轉(zhuǎn)，機(jī)器人后退一段距離后停止，然后開始加速前進(jìn)，撞擊到球后，立刻反轉(zhuǎn)制動(dòng)，完成擊球動(dòng)作。
[0013]本發(fā)明有如下有益效果:
此基于智能手機(jī)的輪式機(jī)器人，將智能手機(jī)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(duì)采集到的圖像信號(hào)進(jìn)行分析和處理，從而控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，輪式足球機(jī)器人以簡(jiǎn)單的機(jī)械結(jié)構(gòu)達(dá)到追蹤發(fā)光球，對(duì)發(fā)光球進(jìn)行夾持，對(duì)發(fā)光球進(jìn)行轉(zhuǎn)移運(yùn)動(dòng)，對(duì)發(fā)光球進(jìn)行定位擊打等功能，使得智能手機(jī)的娛樂形式更富有科技感，同時(shí)也的足球機(jī)器人娛樂方式更加智能化，并且充分運(yùn)用了智能手機(jī)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(shí)為主控制器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、主控制器擴(kuò)展板和藍(lán)牙模塊供電，通過降壓模塊進(jìn)行降壓操作能夠?yàn)橹骺刂葡到y(tǒng)中的各個(gè)不同控制模塊提供穩(wěn)定的電壓，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊與主控制器相連控制機(jī)器人底盤裝置的車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而控制機(jī)器人的行走，藍(lán)牙模塊能夠與智能手機(jī)的藍(lán)牙通過無線傳輸信號(hào)相連，從而方便了用手機(jī)來控制機(jī)器人。
[0015]上述攝像頭跟隨系統(tǒng)包括智能手機(jī)，智能手機(jī)通過塑料緊固螺釘固定在手機(jī)支架上，手機(jī)支架與舵機(jī)U型支架相連，舵機(jī)通過舵機(jī)支架固定在機(jī)器人底盤裝置上，通過開啟智能手機(jī)上前置攝像頭應(yīng)用程序，攝像頭識(shí)別發(fā)光球顏色并計(jì)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(jì)算上下偏差距離，控制舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)智能手機(jī)跟隨發(fā)光球上下擺動(dòng)，達(dá)到跟隨效果。
[0016]上述的智能手機(jī)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(jī)應(yīng)用，這款手機(jī)應(yīng)用自動(dòng)開啟智能手機(jī)前置攝像頭捕捉其視野中的已標(biāo)記的帶顏色物體，并計(jì)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(jī)能夠在主控制器的作用轉(zhuǎn)動(dòng)，通過轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)而帶動(dòng)智能手機(jī)在一定角度內(nèi)進(jìn)行俯仰動(dòng)作，進(jìn)而能夠時(shí)時(shí)的捕捉發(fā)光球的位置。
[0017]上述持球機(jī)構(gòu)包括兩個(gè)L型支架，L型支架固定安裝在機(jī)器人底盤裝置頭部的左右兩側(cè)面，180度舵機(jī)安裝在L型支架的頂部，180度舵機(jī)的輸出軸與其中一個(gè)卡爪相連。通過卡爪能夠?qū)ξ矬w進(jìn)行夾持動(dòng)作，進(jìn)而帶動(dòng)物體跟隨機(jī)器人一起移動(dòng)。
[0018]上述卡爪共有兩個(gè)呈對(duì)稱安裝，都采用四連桿機(jī)構(gòu)，并通過齒輪嚙合保證其動(dòng)作的同步，實(shí)現(xiàn)球體的夾持動(dòng)作。
[0019]上述避障系統(tǒng)包括左右各一個(gè)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(jī)構(gòu)的L型支架上，紅外線傳感器能夠檢測(cè)到其與障礙物之間的距離，并將距離信號(hào)傳輸?shù)街骺刂破?。紅外線傳感器將檢測(cè)到的距離信號(hào)傳輸?shù)街骺刂葡到y(tǒng)，進(jìn)而控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，可以通過控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)機(jī)器人進(jìn)行前行、轉(zhuǎn)彎、停止和后退等動(dòng)作。
[0020]上述機(jī)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(jī)支架，電機(jī)支架上安裝有電機(jī)，電機(jī)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(jī)提供電能，底盤上板的頭部安裝有兩個(gè)立柱，立柱之間安裝有萬向輪。通過機(jī)器人底盤裝置能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)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(jī)攝像頭視野中心左右偏離的數(shù)據(jù)，控制左右兩個(gè)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，從而使機(jī)器人靈活運(yùn)動(dòng)，并追蹤發(fā)光球。
【附圖說明】
[0022]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)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(jī)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(jī)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(jī)構(gòu)30、避障系統(tǒng)40、底盤裝置50 ο
[0029]電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊101、降壓模塊102、主控制器103、穩(wěn)壓模塊104、主控制器擴(kuò)展板105、藍(lán)牙模塊106。
[0030]舵機(jī)支架201、舵機(jī)202、舵機(jī)U型支架203、手機(jī)支架204、塑料緊固螺釘205、智能手機(jī)206。
[0031]L型支架301、180度舵機(jī)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(jī)支架503、底盤支架504、電機(jī)505、底板支架506、電池507、立柱508、萬向輪509。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式做進(jìn)一步的說明。
[0035]本發(fā)明的實(shí)施方法涉及一種基于智能手機(jī)的輪式足球機(jī)器人，如圖1所示，它包括機(jī)器人底盤裝置50，機(jī)器人底盤裝置50的頭部安裝有持球機(jī)構(gòu)30，持球機(jī)構(gòu)30上安裝有避障系統(tǒng)40，主控制系統(tǒng)10安裝在機(jī)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(jī)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(hào)以及避障系統(tǒng)40所檢測(cè)的位置信號(hào)，進(jìn)而控制機(jī)器人底盤裝置50和持球機(jī)構(gòu)30的動(dòng)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(shí)為主控制器103、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊101、主控制器擴(kuò)展板105和藍(lán)牙模塊106供電，通過降壓模塊102進(jìn)行降壓操作能夠?yàn)橹骺刂葡到y(tǒng)10中的各個(gè)不同控制模塊提供穩(wěn)定的電壓，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊101與主控制器103相連控制機(jī)器人底盤裝置50的車輪502轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而控制機(jī)器人的行走，藍(lán)牙模塊106能夠與智能手機(jī)的藍(lán)牙通過無線傳輸信號(hào)相連，從而方便了用