CN103599638A - 盘球机器人及其射门控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种盘球机器人及其射门控制方法。该盘球机器人包括一本体，设置在本体上的多个盘球机构和一射门机构，各所述盘球机构均包括一用于提供动力的动力装置，一传动装置以及一旋转摩擦件，其中，所述动力装置与所述传动装置连接，所述传动装置用于将动力传递给所述旋转摩擦件，并使得所述旋转摩擦件产生旋转。通过本发明的运用，可以更有效地盘球和射门，避免球脱出，同时采用的部件可靠，利于维护和保养。
Description
技术领域
本发明涉及一种盘球机器人及其射门控制方法。
背景技术
足球机器人竞赛是较具有技术含量的一个项目。比如在一个18m×12m的足球场地上，机器人模拟真实比赛规则，完成5对5的足球项目。该项目对于电子电路，网络通行，运动控制，图像处理和机械技术均提出了极高的要求。对于足球的盘球射门控制系统，是其中的核心系统之一，其性能好坏直接影响到机器人的射门得分能力。
现有的盘球机器人，其通常是通过海绵、弹簧等作为盘球机构，用被动的方式将球盘住。这种方式的盘球效果不佳，在盘球过程中，球非常容易脱出，导致比赛中大部分时间用在重新寻找球、盘球的过程中，而减少了射门得分的机会。而且由于球不容易盘住，影响了射门机构的射门效果。而海绵等部件由于容易老化，老化后进一步降低了盘球和射门效果，所以需要经常维护，浪费了大量人力和物力。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术盘球机器人盘球和射门效果不佳，球不容易盘住，部件容易老化，需要经常维护的缺陷，提供一种盘球机器人和一种射门控制方法。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种盘球机器人，包括一本体，设置在本体上的多个盘球机构和一射门机构，其特点在于，各所述盘球机构均包括一用于提供动力的动力装置，一传动装置以及一旋转摩擦件，其中，所述动力装置与所述传动装置连接，所述传动装置用于将动力传递给所述旋转摩擦件，并使得所述旋转摩擦件产生旋转。盘球时，通过旋转摩擦件摩擦球的表面，产生一摩擦力，从而盘住球。而且盘球的时候，由于主动摩擦，球不容易脱出和跑偏，这样也使得射门更准确，射门效果更好。
较佳地，所述盘球机器人还包括滑轨装置，各所述盘球机构均连接在所述滑轨装置上，且沿着所述滑轨装置上下滑动。由于场地可能凹凸不平，这时各盘球机构会在滑轨装置上滑动来适应变化。这个过程中，球会始终稳固盘住。同时，这一设置使得盘球机构能沿着球的表面弧度，来回盘球，更增加了盘球的灵活性。
较佳地，各所述传动装置均包括一箱体，以及设置在所述箱体内的一组锥齿轮，其中，所述箱体与所述滑轨装置连接，所述锥齿轮分别与所述旋转摩擦件，以及所述动力装置连接。由于盘球机器人内部结构狭小，如果直接使动力装置和旋转摩擦件的轴向同轴设置，内部空间利用率低，而且动力装置会阻碍到球。所以通过一组锥齿轮实现了动力装置和旋转摩擦件的轴向互相垂直，这样有效利用了空间，也不会妨碍盘球。而通过箱体与滑轨装置连接，既能保证刚度，也可以更稳定，不阻碍到盘球。
较佳地，所述滑轨装置包括多个滑轨，各所述滑轨上均滑设有一滑块，各所述滑块分别与一所述盘球机构连接。进一步地，可以在滑块和滑轨间设置弹力元件，这样通过弹力元件的弹力使得盘球机构与球贴的更紧密。
较佳地，所述旋转摩擦件为圆盘形状，且所述旋转摩擦件的表面设置有一摩擦层。
较佳地，所述摩擦层的材料为凝胶材料。
较佳地，所述旋转摩擦件的数量为二，包括一第一旋转摩擦件和一第二旋转摩擦件，其中，所述第一旋转摩擦件的轴线与水平面之间具有一夹角α，所述第二旋转摩擦件的轴线与水平面之间具有一夹角β。此处的第一旋转摩擦件和第二旋转摩擦件下侧都是内倾的，从而使得第一旋转摩擦件和第二旋转摩擦件能够与球的表面圆弧相切。此处，夹角α和夹角β的设置使得持球更稳固。相对于原有的盘球机构，球更不容易脱出。
较佳地，所述夹角α的大小为20°～40°，所述夹角β的大小为20°～40°。通过这样设置，可以进一步使得盘球成功率保持在67%以上，远高于现有盘球机器人50%左右的盘球成功率。
较佳地，所述夹角α的大小为25°～35°，所述夹角β的大小为25°～35°。通过这样设置，可以进一步使得盘球成功率保持在80%以上，大大增强了比赛竞争力。
较佳地，所述夹角α的大小等于所述夹角β的大小。可以使得所述夹角α的大小等于所述夹角β，这样能得到更稳定高效的盘球成功率。
较佳地，所述动力装置为电机，所述盘球机器人还包括一与各所述电机电连接的控制电路，所述控制电路用于控制所述电机的运行。
较佳地，所述射门机构包括一用于提供气体的气瓶、一气缸、一与所述控制电路电连接的电磁阀，以及一连接在所述气缸上的射门杆，所述气缸与所述气瓶通过所述电磁阀连通，所述控制电路还用于控制所述电磁阀的通断。通过电磁阀的通断，可以控制射门。而控制电磁阀的通断时间可以影响射门的远近，进一步提高了射门精度和射门质量。
较佳地，所述电磁阀包括一电磁阀线圈，所述电磁阀线圈与一抗干扰支路并联。抗干扰支路主要滤除交流电，防止对电磁阀的干扰，进一步保证了射门精度。
较佳地，所述抗干扰支路包括串联的一电容和一电阻。
较佳地，所述盘球机器人还包括与所述控制电路电连接的一左测距传感器，以及一右测距传感器，所述左测距传感器和右测距传感器连接在所述本体上，且分别位于所述射门机构的两侧。通过左测距传感器和右测距传感器可以进行测距，一般距离信号的大小和实际距离成反比。所述控制电路通过判断数值，可以确定球是否盘到位。
一种射门控制方法，其特点在于，其采用所述的盘球机器人，其包括以下步骤：
步骤S1、向所述控制电路输入一射门信号和一射程参数；
步骤S2、所述左测距传感器和右测距传感器分别测一距离信号；
步骤S3、当所述两个测距信号均大于一设定值时，进入步骤S4，反之进入步骤S2；
步骤S4、根据所述射程参数，确定一对应的电磁阀通电时间；
步骤S5、对所述电磁阀进行通电，持续时间等于所述电磁阀通电时间。
通过该方法，可以精确地进行射门，极大提高了射门准确性。在与传统的盘球机器人对抗中，保持了压倒性的优势。
本发明中，上述优选条件在符合本领域常识的基础上可任意组合，即得本发明的各较佳实施例。
本发明的积极进步效果在于：通过本发明的运用，可以更有效地盘球和射门，避免球脱出。同时采用的部件可靠，利于维护和保养。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的盘球机器人的整体示意图。
图2为本发明较佳实施例的盘球机构的结构示意图。
图3为本发明较佳实施例的射门机构的结构示意图。
图4为本发明较佳实施例的第一旋转摩擦件与水平夹角示意图。
图5为本发明较佳实施例的第二旋转摩擦件与水平夹角示意图。
图6为本发明较佳实施例的盘球机器人部件电连接框图。
图7为本发明较佳实施例的抗干扰支路的连接示意图。
图8为本发明较佳实施例的射门控制方法的步骤图。
具体实施方式
下面举出较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本发明。
如图1-5所示，本实施例的盘球机器人包括本体1、动力装置211、动力装置212、传动装置221、传动装置222、第一旋转摩擦件231、第二旋转摩擦件232、射门杆31、气缸32、滑轨41、滑块42、左测距传感器51、右测距传感器52、控制电路6、电磁阀7、电磁阀线圈71和抗干扰支路8。
如图1所示，本实施例的盘球机器人，包括一本体1，两个盘球机构和一射门机构，各所述盘球机构分别包括动力装置211、传动装置221、第一旋转摩擦件231；动力装置212、传动装置222、第二旋转摩擦件232，其中，动力装置211与传动装置221连接，传动装置221用于将动力传递给第一旋转摩擦件231，并使得第一旋转摩擦件231旋转。动力装置212与传动装置222连接，传动装置222用于将动力传递给第二旋转摩擦件232，并使得第二旋转摩擦件232旋转。盘球时，通过第一旋转摩擦件231和第二旋转摩擦件232摩擦球的表面，产生一摩擦力，从而盘住球。而且盘球的时候，由于主动摩擦，球不容易脱出和跑偏，这样也使得射门更准确，射门效果更好。
本实施例的传动装置221和传动装置222用于提供动力，为电机。但本领域技术人员也可以采用其他能够提供动力的装置替代。
本实施例各传动装置221和传动装置222均包括一箱体，以及设置在箱体内的一组锥齿轮，其中，箱体均与一滑块42连接，以传动装置221为例，所述锥齿轮分别与第一旋转摩擦件231，以及动力装置211连接。由于盘球机器人内部结构狭小，如果直接使动力装置211和第一旋转摩擦件231的轴向同轴设置，内部空间利用率低，而且动力装置211会阻碍到球。所以通过一组锥齿轮实现了动力装置211和第一旋转摩擦件231的轴向互相垂直，这样有效利用了空间，也不会妨碍盘球。而通过箱体与一滑轨装置连接，既能保证刚度，也可以更稳定，不阻碍到盘球。
如图2和3所示，本实施例的各所述盘球机构均连接在所述滑轨装置上，所述滑轨装置包括多个滑轨41，各所述滑轨41上均滑设有一滑块42，各所述滑块42分别与箱体连接，且沿着滑轨装置上下滑动。由于场地可能凹凸不平，这时各盘球机构会在滑轨装置上滑动来适应变化。这个过程中，球会始终稳固盘住。同时，这一设置使得盘球机构能沿着球的表面弧度，来回盘球，更增加了盘球的灵活性。
技术人员也可以在滑块42和滑轨41间设置弹力元件，这样通过弹力元件的弹力使得盘球机构与球贴的更紧密。
如图2所示，第一旋转摩擦件231和第二旋转摩擦件232为圆盘形状，也就是轮状结构。第一旋转摩擦件231和第二旋转摩擦件232的表面设置有一摩擦层，所述摩擦层的材料优选为凝胶材料，由于需要和球进行摩擦接触，过软或过硬的材料都会影响盘球。所以本实施例采用现有的凝胶材料，如硅胶等，可以更有利提高盘球质量。
如图4和5所示，本实施例的第一旋转摩擦件231的轴线与水平面之间具有一夹角α，第二旋转摩擦件232的轴线与水平面之间具有一夹角β。如表一所示，表一表示盘球成功率和夹角α以及夹角β的关系。
表一
| 夹角α | 夹角β | 每30次盘球动作的失误次数 | 盘球成功率 |
| 20° | 20° | 10 | 67.7% |
| 25° | 25° | 5 | 83.3% |
| 30° | 30° | 3 | 90% |
| 35° | 35° | 4 | 86.7% |
| 40° | 40° | 8 | 73,3% |
本实施例的夹角α和夹角β优选为20°～40°，在这个条件下的盘球成功率明显高出于现有盘球机器人50%左右的盘球成功率。当然也可以进一步优选到20°～35°，盘球成功率会更高。
本实施例中使得夹角α和夹角β大小相同，但本领域技术人员也可以使得夹角α和夹角β的大小不一样，只要都能够维持在20°～40°左右的大小，盘球成功率同样比现有盘球机器人高很多。
本实施例的第一旋转摩擦件231和第二旋转摩擦件232都是下端内倾的，这样能保证抓住球。
如图3所示，所述射门机构包括一用于提供气体的气瓶（图中未示出）、一气缸32、一电磁阀7，以及一连接在气缸32上的射门杆31，气缸32与所述气瓶通过电磁阀7连通，一控制电路6用于控制电磁阀7的通断。通过电磁阀7的通断，可以控制射门。而控制电磁阀7的通断时间可以影响射门的远近，进一步提高了射门精度和射门质量。
所述盘球机器人还包括与一左测距传感器51，以及一右测距传感器52，左测距传感器51和右测距传感器52连接在本体1上，且分别位于所述射门机构的两侧。通过左测距传感器51和右测距传感器52可以进行测距，一般距离信号的大小和实际距离成反比。控制电路6通过判断数值，可以确定球是否盘到位。
如图4所示，本实施例盘球机器人的控制部分包括一控制电路6，控制电路与动力装置21、电磁阀7、左测距传感器51、右侧距传感器52电连接，从而实现信号的传递。图4表示了信号的传递方向，但具体连接情况可以变化。技术人员可以根据实际情况，使用常规手段进行具体连接。
如图6所示，电磁阀7包括一电磁阀线圈71，电磁阀线圈71与一抗干扰支路8并联。抗干扰支路包括串联的一电容和一电阻，主要滤除交流电，防止对电磁阀7的干扰，进一步保证了射门精度。
为了能够精确的射门控制，本实施例还提供了一种射门控制方法。如图1所示，本实施例的射门控制方法包括以下步骤：
步骤101、向所述控制电路输入一射门信号和一射程参数；
步骤102、所述左测距传感器和右测距传感器分别测一距离信号；
步骤103、当所述两个测距信号均大于一设定值时，进入步骤104，反之进入步骤102；
步骤104、根据所述射程参数，确定一对应的电磁阀通电时间；
步骤105、对所述电磁阀进行通电，持续时间等于所述电磁阀通电时间。
其中，所述左测距传感器和右测距传感器为红外测距装置测出，障碍物距离越近，测出的距离信号越大。表二表示球的位置与距离信号数值、以及盘球机器人动作的对应关系。如表二所示，通过所述距离信号的大小就可以对应出球的距离，从而控制所述盘球机构和射门机构的运行。所述设定值表示球恰好被盘住时的距离信号数值，所以本实施例的所述设定值就可以选取2100。
表二
| 球的位置 | 距离信号数值 | 盘球机器人动作 |
| 远离盘球机器人 | 小于1800 | 盘球机构和射门机构休眠 |
| 靠近盘球机器人 | 1800～2100 | 盘球机构运行 |
| 被完全盘住 | 大于2100 | 射门/进攻/传球 |
而电磁阀通电时间则可以控制射门的距离，具体如表三所示。表三表示电磁阀通断时间与射门距离的对应关系。从表三中可以看到，在保持其他条件不变的情况下，电磁阀的每一通断时间，相应也对应一固定的射程。所以只需要找到和射程参数相应的电磁阀通电时间，就能够实现射程的精确控制。比如，当需要射程为5m时，电磁阀通电80ms即可。具体的相关数值可能因为设备条件而不同，但都遵循一一对应的规律。
表三
| 电磁阀通电时间 | 射程 |
| 20ms | 不射门，电磁阀无法动作 |
| 40ms | 2m |
| 60ms | 3m |
| 80ms | 5m |
| 100ms | 7m |
| 120ms | 8m，最大距离 |
| 140ms | 8m |
| 160ms | 8m |
通过本方法，可以精确地进行射门，极大提高了射门准确性。在与传统的盘球机器人对抗中，保持了压倒性的优势。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (16)
1.一种盘球机器人，包括一本体，设置在本体上的多个盘球机构和一射门机构，其特征在于，各所述盘球机构均包括一用于提供动力的动力装置，一传动装置以及一旋转摩擦件，其中，所述动力装置与所述传动装置连接，所述传动装置用于将动力传递给所述旋转摩擦件，并使得所述旋转摩擦件产生旋转。
2.如权利要求1所述的盘球机器人，其特征在于，所述盘球机器人还包括一滑轨装置，各所述盘球机构均连接在所述滑轨装置上，且沿着所述滑轨装置上下滑动。
3.如权利要求2所述的盘球机器人，其特征在于，各所述传动装置均包括一箱体，以及设置在所述箱体内的一组锥齿轮，其中，所述箱体与所述滑轨装置连接，所述锥齿轮分别与所述旋转摩擦件，以及所述动力装置连接。
4.如权利要求2所述的盘球机器人，其特征在于，所述滑轨装置包括多个滑轨，各所述滑轨上均滑设有一滑块，各所述滑块分别与一所述盘球机构连接。
5.如权利要求1所述的盘球机器人，其特征在于，所述旋转摩擦件为圆盘形状，且所述旋转摩擦件的表面设置有一摩擦层。
6.如权利要求5所述的盘球机器人，其特征在于，所述摩擦层的材料为凝胶材料。
7.如权利要求1-6中任意一项所述的盘球机器人，其特征在于，所述旋转摩擦件的数量为二，包括一第一旋转摩擦件和一第二旋转摩擦件，其中，所述第一旋转摩擦件的轴线与水平面之间具有一夹角α，所述第二旋转摩擦件的轴线与水平面之间具有一夹角β。
8.如权利要求7所述的盘球机器人，其特征在于，所述夹角α的大小为20°～40°，所述夹角β的大小为20°～40°。
9.如权利要求7所述的盘球机器人，其特征在于，所述夹角α的大小为25°～35°，所述夹角β的大小为25°～35°。
10.如权利要求7所述的盘球机器人，其特征在于，所述夹角α的大小等于所述夹角β的大小。
11.如权利要求1-10中任意一项所述的盘球机器人，其特征在于，所述动力装置为电机，所述盘球机器人还包括一与各所述电机电连接的控制电路，所述控制电路用于控制所述电机的运行。
12.如权利要求11所述的盘球机器人，其特征在于，所述射门机构包括一用于提供气体的气瓶、一气缸、一与所述控制电路电连接的电磁阀，以及一连接在所述气缸上的射门杆，所述气缸与所述气瓶通过所述电磁阀连通，所述控制电路还用于控制所述电磁阀的通断。
13.如权利要求12所述的盘球机器人，其特征在于，所述电磁阀包括一电磁阀线圈，所述电磁阀线圈与一抗干扰支路并联。
14.如权利要求13所述的盘球机器人，其特征在于，所述抗干扰支路包括串联的一电容和一电阻。
15.如权利要求12所述的盘球机器人，其特征在于，所述盘球机器人还包括与所述控制电路电连接的一左测距传感器，以及一右测距传感器，所述左测距传感器和右测距传感器连接在所述本体上，且分别位于所述射门机构的两侧。
16.一种射门控制方法，其特征在于，其采用如权利要求15所述的盘球机器人，其包括以下步骤：
步骤S1、向所述控制电路输入一射门信号和一射程参数；
步骤S2、所述左测距传感器和右测距传感器分别测一距离信号；
步骤S3、当所述两个测距信号均大于一设定值时，进入步骤S4，反之进入步骤S2；
步骤S4、根据所述射程参数，确定一对应的电磁阀通电时间；
步骤S5、对所述电磁阀进行通电，持续时间等于所述电磁阀通电时间。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160323 Termination date: 20201014 |