CN104383678A - 一种斯诺克台球机器人 - Google Patents

Abstract

一种斯诺克台球机器人。它包括：主计算机（1）、摄像头（2）、视频采集卡、机械手控制器以及机械手；所述主计算机（1）通过视频采集卡与摄像头（2）相连并通过串口与机械手控制器相连；所述摄像头的镜头对准斯诺克台球桌面；所述机械手控制器为一单片机及驱动电路，控制及驱动机械手运动；所述机械手包括：平移机构、升降机构、旋转机构、倾斜机构和击球机构；该机器人结构简单，成本低，制造和维护方便；闭环控制与精密结构配合，使定位精度更高，能够较大提高击球进洞的命中率；智能化程度高，能大范围调整击球角度，能完成人类在斯诺克台球比赛中所需要的各种动作，机动性能强，能够实现人机竞赛。

Description

一种斯诺克台球机器人

技术领域

本发明主要涉及到机电控制领域，具体为一种斯诺克台球机器人。

背景技术

斯诺克台球是深受人们喜爱的一项体育运动，国内外经常举行各种大赛。在当今科技飞速发展的情况下，一些用于人机互动的比赛机器人不断涌现。但是国内外的斯诺克台球机器人却是少之又少，鉴于这些情况，发明人设计出一种能够进行人机竞赛的斯诺克台球机器人。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可实现人对机的、可用于斯诺克台球比赛的斯诺克台球机器人。

本发明所采用的技术方案是：它包括：主计算机1、摄像头2、视频采集卡、机械手控制器以及机械手；所述主计算机1通过视频采集卡与摄像头2相连并通过串口与机械手控制器相连；所述摄像头固定在斯诺克台球桌面中心上方，摄像头的镜头对准斯诺克台球桌面；所述机械手控制器为一单片机及驱动电路，控制及驱动机械手运动；所述机械手包括：能够实现球杆在水平面上移动的平移机构；与平移机构连接的相对所述平移机构能够升降的升降机构；相对升降机构沿着竖直轴旋转的旋转机构；位于旋转机构上的使得球杆相对水平面倾斜的倾斜机构；位于倾斜机构上的击球机构。

优选的，所述平移机构包括两平行固定安装在斯诺克台球桌桌面两侧的上空的横向固定板4，两块横向固定板4各设有一道横向滑轨5，两道横向滑轨5分别配合安装有横向滑块6，其中一横向固定板4的一侧固定安装有横向电机安装板7，横向电机安装板7上设置有横向伺服电机9，横向伺服电机9通过联轴器a10与横向丝杆11连接；横向丝杆11通过设置在横向固定板4两端的横向丝杆固定座8支撑设置，横向丝杆11与固定在纵向固定板13一侧的横向丝杆螺帽12配合安装穿过纵向固定板13，纵向固定板13两端分别与两横向滑块6固连；所述纵向固定板13设有一道纵向滑轨14，纵向滑轨14上配合安装有纵向滑块15；纵向固定板13的一侧固定安装有纵向电机安装板16，纵向电机安装板16上设置有纵向伺服电机18，纵向伺服电机18通过联轴器b19与纵向丝杆20连接，纵向丝杆20通过设置在纵向固定板13两端的纵向丝杆固定座17支撑设置，纵向丝杆20与固定在吊臂连接块22上的纵向丝杆螺帽21配合安装穿过吊臂连接块22，吊臂连接块22的上部与纵向滑块15固连；在横向固定板4与纵向固定板13上各设置有直线位移传感器。

优选的，所述升降机构包括设置在竖直丝杆28的两端支撑竖直丝杆28的两块竖直丝杆支撑板24，两块竖直丝杆支撑板24之间平行设置有两根导杆25分布在竖直丝杆28两侧，其中一块竖直丝杆支撑板24固定安装在平移机构的底部，竖直丝杆支撑板24上方固定安装有竖直电机安装板23，竖直电机安装板23上设置有竖直伺服电机26，竖直伺服电机26通过联轴器c27与竖直丝杆28连接，两块竖直丝杆支撑板24之间还设置有十字滑块30，十字滑块30上设置有竖直丝杆28穿过的中心通孔和两根导杆25穿过的导向通孔，中心通孔处固定有竖直丝杆螺帽29与竖直丝杆28配合安装，十字滑块30上还固定连接有两根拉杆31，在导杆25上设置有直线位移传感器。

优选的，其中一块竖直丝杆支撑板24具体是固定安装在平移机构的吊臂连接块22的底部，吊臂连接块22中部固定安装竖直电机安装板23。

优选的，所述旋转机构包括固连在升降机构底端的旋转电机安装板32，通过两根固定柱34固定在旋转电机安装板32下面的转轴支撑板33，通过推力轴承37转动支撑在转轴支撑板33上的旋转轴35；所述旋转轴35上设置有角度传感器；所述固定在旋转电机安装板32上的旋转伺服电机36的转轴通过联轴器d38与旋转轴35相连接。

优选的，所述旋转电机安装板32具体是设置在拉杆31的底端，所述旋转伺服电机36固定在两拉杆31之间。

优选的，所述倾斜机构包括固定在旋转机构底部的倾斜固定板39，倾斜固定板39两侧分别固连直线推杆40和固定杆42，固定杆42下端通过铰链a43铰接导向滑块41，铰链a43上的销轴固连在导向滑块41上，并与角度传感器同轴固连。

优选的，所述倾斜固定板39具体是固定在旋转轴35底部。

优选的，所述击球机构包括电缸45和球杆46，所述球杆46的尾端与电缸45的推杆相连，电缸45末端与倾斜机构中直线推杆40的推杆顶部通过铰链b44连接，所述球杆46的前端可滑动的套装在导向滑块41内。

优选的，所述直线位移传感器可采用直线光栅尺、直线磁栅尺；所述角度传感器可采用角度光栅尺、角度磁栅尺。

本发明的优点在于：

1、本发明结构简单，成本低，制造和维护方便；利用摄像头采集斯诺克台球桌面上的信息，通过主计算机迅速作出击球决策，然后完成击球，智能化程度高。

2、本发明所采用直线位移及角度传感器构成闭环控制，结合丝杆传动的高精度的特点，使定位精度更高，能够较大提高击球进洞的命中率；

3、本发明能大范围调整击球角度，能完成人类在斯诺克台球比赛中所需要的各种动作，机动性能强，能够实现人机竞赛。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图；

图2是图1中A处的放大图；

图3是图1中B处的放大图；

图4是图1中C处的放大图；

图5是图1中D处的放大图；

图6是图1中E处的放大图；

图7是图1中F处的放大图；

图8是图1中G处的放大图；

图9是图1中H处的放大图；

图10是本发明的电路原理框架示意图。

图11是本发明的工作流程示意图；

图中，1、主计算机；2、摄像头；3、斯诺克台球桌；4、横向固定板；5、横向滑轨；6、横向滑块；7、横向电机安装板；8、横向丝杆固定座；9、横向伺服电机；10、联轴器a；11、横向丝杆；12、横向丝杆螺帽；13、纵向固定板；14、纵向滑轨；15、纵向滑块；16、纵向电机安装板；17、纵向丝杆固定座；18、纵向伺服电机；19、联轴器b；20、纵向丝杆；21、纵向丝杆螺帽；22、吊臂连接块；23、竖直电机安装板；24、竖直丝杆支撑板；25、导杆；26、竖直伺服电机；27、联轴器c；28、竖直丝杆；29、竖直丝杆螺帽；30、十字滑块；31、拉杆；32、旋转电机安装板；33、转轴支撑板；34、固定柱；35、旋转轴；36、旋转伺服电机；37、推力轴承；38、联轴器d；39、倾斜固定板；40、直线推杆；41、导向滑块；42、固定杆；43、铰链a；44、铰链b；45、电缸；46、球杆。  

具体实施方式

以下将结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例1，本发明包括主计算机1、摄像头2、视频采集卡、机械手控制器以及机械手；所述主计算机1通过视频采集卡与摄像头2相连并通过串口与机械手控制器相连；所述摄像头固定在斯诺克台球桌面中心上方，摄像头的镜头对准斯诺克台球桌面；所述机械手控制器为一单片机及驱动电路，控制及驱动机械手运动；所述机械手包括：能够实现球杆在水平面上移动的平移机构；与平移机构连接的相对所述平移机构能够升降的升降机构；相对升降机构沿着竖直轴旋转的旋转机构；位于旋转机构上的使得球杆相对水平面倾斜的倾斜机构；位于倾斜机构上的击球机构。参阅图1至图11。

实施例2，优选的，所述平移机构包括两平行固定安装在斯诺克台球桌桌面两侧的上空的横向固定板4，两块横向固定板4各设有一道用来实现横向定位的横向滑轨5，两道横向滑轨5分别配合安装有横向滑块6，其中一横向固定板4的一侧固定安装有横向电机安装板7，横向电机安装板7上设置有横向伺服电机9，横向伺服电机9通过联轴器a10与横向丝杆11连接；横向丝杆11通过设置在横向固定板4两端的横向丝杆固定座8支撑设置，横向丝杆11与固定在纵向固定板13一侧的横向丝杆螺帽12配合安装穿过纵向固定板13，纵向固定板13两端分别与两横向滑块6固连；所述纵向固定板13设有一道用来实现纵向定位的纵向滑轨14，纵向滑轨14上配合安装有纵向滑块15；纵向固定板13的一侧固定安装有纵向电机安装板16，纵向电机安装板16上设置有纵向伺服电机18，纵向伺服电机18通过联轴器b19与纵向丝杆20连接，纵向丝杆20通过设置在纵向固定板13两端的纵向丝杆固定座17支撑设置，纵向丝杆20与固定在吊臂连接块22上的纵向丝杆螺帽21配合安装穿过吊臂连接块22，吊臂连接块22的上部与纵向滑块15固连；在横向固定板4与纵向固定板13上各设置有直线位移传感器。参阅图1至图11，其余同实施例1。

实施例3，优选的，所述升降机构包括设置在竖直丝杆28的两端支撑竖直丝杆28的两块竖直丝杆支撑板24，两块竖直丝杆支撑板24之间平行设置有两根导杆25分布在竖直丝杆28两侧，其中一块竖直丝杆支撑板24固定安装在平移机构的底部，竖直丝杆支撑板24上方固定安装有竖直电机安装板23，竖直电机安装板23上设置有竖直伺服电机26，竖直伺服电机26通过联轴器c27与竖直丝杆28连接，两块竖直丝杆支撑板24之间还设置有十字滑块30，十字滑块30上设置有竖直丝杆28穿过的中心通孔和两根导杆25穿过的导向通孔，中心通孔处固定有竖直丝杆螺帽29与竖直丝杆28配合安装，十字滑块30上还固定连接有两根拉杆31，在导杆25上设置有直线位移传感器。参阅图1至图11，其余同上述实施例。

实施例4，优选的，其中一块竖直丝杆支撑板24具体是固定安装在平移机构的吊臂连接块22的底部，吊臂连接块22中部固定安装竖直电机安装板23。参阅图1至图11，其余同上述实施例。

实施例5，优选的，所述旋转机构包括固连在升降机构底端的旋转电机安装板32，通过两根固定柱34固定在旋转电机安装板32下面的转轴支撑板33，通过推力轴承37转动支撑在转轴支撑板33上的旋转轴35；所述旋转轴35上设置有角度传感器；所述固定在旋转电机安装板32上的旋转伺服电机36的转轴通过联轴器d38与旋转轴35相连接。参阅图1至图11，其余同上述实施例。

实施例6，优选的，所述旋转电机安装板32具体是设置在拉杆31的底端，所述旋转伺服电机36固定在两拉杆31之间。参阅图1至图11，其余同上述实施例。

实施例7，优选的，所述倾斜机构包括固定在旋转机构底部的倾斜固定板39，倾斜固定板39两侧分别固连直线推杆40和固定杆42，固定杆42下端通过铰链a43铰接导向滑块41，铰链a43上的销轴固连在导向滑块41上，并与角度传感器同轴固连，用于测量球杆46绕销轴的倾斜角度。参阅图1至图11，其余同上述实施例。

实施例8，优选的，所述倾斜固定板39具体是固定在旋转轴35底部。参阅图1至图11，其余同上述实施例。

实施例9，优选的，所述击球机构包括电缸45和球杆46，所述球杆46的尾端与电缸45的推杆相连，电缸45末端与倾斜机构中直线推杆40的推杆顶部通过铰链b44连接，所述球杆46的前端可滑动的套装在导向滑块41内，电缸45将伺服电机的旋转运动转换成推杆的直线运动能够带动球杆46瞬时产生速度和力度，并且短时间内击出，从而实现击球功能。参阅图1至图11，其余同上述实施例。

实施例10，优选的，所述直线位移传感器可采用直线光栅尺、直线磁栅尺；所述角度传感器可采用角度光栅尺、角度磁栅尺。参阅图1至图11，其余同上述实施例。

如图10所示本发明实施例的电路框架原理示意图，主计算机1通过视频采集卡与摄像头2相连，并通过标准端口与显示器和键盘以及鼠标相连；该显示器可方便观众从显示屏上观看到竞赛的整个过程，也可用来播放同步录制好的人机竞赛的录像；主计算机1通过RS232串口与机械手控制器相连；机械手控制器为一单片机，该单片机分别与第一驱动电路、第二驱动电路、第三驱动电路、第四驱动电路、线性驱动器、以及电缸驱动器相连；该单片机通过第一驱动电路控制横向伺服电机9并且结合横向固定板4上的直线位移传感器反馈的横向位置信息完成球杆46的横向移动定位，通过第二驱动电路控制纵向伺服电机18并且结合纵向固定板13上的直线位移传感器反馈的纵向位置信息完成球杆46的纵向移动定位，通过第三驱动电路控制竖直伺服电机26并且结合导杆25上的直线位移传感器反馈的竖直位置信息完成球杆46的竖直移动定位，通过第四驱动电路控制旋转伺服电机36并且结合旋转轴35上的角度传感器反馈的角度信息完成球杆46在竖直方向上旋转定位，通过线性驱动器控制直线推杆40并且结合铰链a43上的角度传感器反馈的角度信息完成球杆46的倾斜定位，通过电缸驱动器控制电缸45使球杆46进行击球动作。

工作原理：如图11所示的工作流程示意图，人对机竞赛开始后，当人击球完成后，摄像头2和视频采集卡及时采集斯诺克台球在台球桌3桌面上的图像信息然后转换为计算机可识别的数字信息并传送给主计算机1，主计算机1通过对图像进行辨识获得斯诺克台球的位置信息后，通过已经编好的击球策略作出下一步击球位置的处理信息，然后将处理信息通过串口传送给机械手控制器。机械手控制器中的单片机根据该处理信息对各个驱动电路进行逻辑控制，机械手控制器利用第一驱动电路驱使平移机构中的横向伺服电机9驱动横向丝杆11旋转，而使纵向固定板13在两条横向滑轨上做往复运动并且结合横向固定板4上的直线位移传感器反馈的横向位置信息以完成球杆46的横向距离的精确定位；利用第二驱动电路驱使平移机构中的纵向伺服电机18驱动纵向丝杆20旋转，而使吊臂连接块22在纵向滑轨14上做往复运动并且结合纵向固定板13上的直线位移传感器反馈的纵向位置信息完成球杆46的纵向距离的精确定位；同时利用第四驱动电路驱使旋转机构中的旋转伺服电机36驱动旋转轴35转动，并且结合旋转轴35上的角度传感器反馈的角度信息将球杆46旋转至球杆46相对母球与目标球处于合适的位置；然后利用第三驱动电路驱使升降机构中的竖直伺服电机26驱动竖直丝杆28旋转，而使十字滑块30沿导杆25做升降运动并且结合导杆25上的直线位移传感器反馈的位置信息完成球杆46的竖直距离的精确定位。再利用线性驱动器驱使倾斜机构中的直线推杆40的伸长或缩短驱动球杆46绕铰链a43旋转，并且结合铰链a43上的角度传感器反馈的角度信息完成球杆46与水平方向倾斜角度的精确定位；然后利用电缸驱动器驱使击球机构中的电缸45推动球杆46完成击球动作；最后机械手控制器利用各个驱动电路驱动相应的电机使球杆46恢复到初始位置上；不断重复上述击球的动作，直到主计算机1作出已决出胜负的指令，完成整个竞赛的过程。

Claims (10)

1.一种斯诺克台球机器人，其特征在于包括：主计算机（1）、摄像头（2）、视频采集卡、机械手控制器以及机械手；所述主计算机（1）通过视频采集卡与摄像头（2）相连并通过串口与机械手控制器相连；所述摄像头固定在斯诺克台球桌面中心上方，摄像头的镜头对准斯诺克台球桌面；所述机械手控制器为一单片机及驱动电路，控制及驱动机械手运动；所述机械手包括：能够实现球杆在水平面上移动的平移机构；与平移机构连接的相对所述平移机构能够升降的升降机构；相对升降机构沿着竖直轴旋转的旋转机构；位于旋转机构上的使得球杆相对水平面倾斜的倾斜机构；位于倾斜机构上的击球机构。

2.根据权利要求1所述斯诺克台球机器人，其特征在于：所述平移机构包括两平行固定安装在斯诺克台球桌桌面两侧的上空的横向固定板（4），两块横向固定板（4）各设有一道横向滑轨（5），两道横向滑轨（5）分别配合安装有横向滑块（6），其中一横向固定板（4）的一侧固定安装有横向电机安装板（7），横向电机安装板（7）上设置有横向伺服电机（9），横向伺服电机（9）通过联轴器a（10）与横向丝杆（11）连接；横向丝杆（11）通过设置在横向固定板（4）两端的横向丝杆固定座（8）支撑设置，横向丝杆（11）与固定在纵向固定板（13）一侧的横向丝杆螺帽（12）配合安装穿过纵向固定板（13），纵向固定板（13）两端分别与两横向滑块（6）固连；所述纵向固定板（13）设有一道纵向滑轨（14），纵向滑轨（14）上配合安装有纵向滑块（15）；纵向固定板（13）的一侧固定安装有纵向电机安装板（16），纵向电机安装板（16）上设置有纵向伺服电机（18），纵向伺服电机（18）通过联轴器b（19）与纵向丝杆（20）连接，纵向丝杆（20）通过设置在纵向固定板（13）两端的纵向丝杆固定座（17）支撑设置，纵向丝杆（20）与固定在吊臂连接块（22）上的纵向丝杆螺帽（21）配合安装穿过吊臂连接块（22），吊臂连接块（22）的上部与纵向滑块（15）固连；在横向固定板（4）与纵向固定板（13）上各设置有直线位移传感器。

3.根据权利要求1所述的斯诺克台球机器人，其特征在于：所述升降机构包括设置在竖直丝杆（28）的两端支撑竖直丝杆（28）的两块竖直丝杆支撑板（24），两块竖直丝杆支撑板（24）之间平行设置有两根导杆（25）分布在竖直丝杆（28）两侧，其中一块竖直丝杆支撑板（24）固定安装在平移机构的底部，竖直丝杆支撑板（24）上方固定安装有竖直电机安装板（23），竖直电机安装板（23）上设置有竖直伺服电机（26），竖直伺服电机（26）通过联轴器c（27）与竖直丝杆（28）连接，两块竖直丝杆支撑板（24）之间还设置有十字滑块（30），十字滑块（30）上设置有竖直丝杆（28）穿过的中心通孔和两根导杆（25）穿过的导向通孔，中心通孔处固定有竖直丝杆螺帽（29）与竖直丝杆（28）配合安装，十字滑块（30）上还固定连接有两根拉杆（31），在导杆（25）上设置有直线位移传感器。

4.根据权利要求2或3所述的斯诺克台球机器人，其特征在于：其中一块竖直丝杆支撑板（24）具体是固定安装在平移机构的吊臂连接块（22）的底部，吊臂连接块（22）中部固定安装竖直电机安装板（23）。

5.根据权利要求1所述的斯诺克台球机器人，其特征在于：所述旋转机构包括固连在升降机构底端的旋转电机安装板（32），通过两根固定柱（34）固定在旋转电机安装板（32）下面的转轴支撑板（33），通过推力轴承（37）转动支撑在转轴支撑板（33）上的旋转轴（35）；所述旋转轴（35）上设置有角度传感器；所述固定在旋转电机安装板（32）上的旋转伺服电机（36）的转轴通过联轴器d（38）与旋转轴（35）相连接。

6.根据权利要求3或5所述的斯诺克台球机器人，其特征在于：所述旋转电机安装板（32）具体是设置在拉杆（31）的底端，所述旋转伺服电机（36）固定在两拉杆（31）之间。

7.根据权利要求1所述的斯诺克台球机器人，其特征在于：所述倾斜机构包括固定在旋转机构底部的倾斜固定板（39），倾斜固定板（39）两侧分别固连直线推杆（40）和固定杆（42），固定杆（42）下端通过铰链a（43）铰接导向滑块（41），铰链a（43）上的销轴固连在导向滑块（41）上，并与角度传感器同轴固连。

8.根据权利要求5或7所述的斯诺克台球机器人，其特征在于：所述倾斜固定板（39）具体是固定在旋转轴（35）底部。

9.根据权利要求1或7所述的斯诺克台球机器人，其特征在于：所述击球机构包括电缸（45）和球杆（46），所述球杆（46）的尾端与电缸（45）的推杆相连，电缸（45）末端与倾斜机构中直线推杆（40）的推杆顶部通过铰链b（44）连接，所述球杆（46）的前端可滑动的套装在导向滑块（41）内。

10.根据权利要求2或3或5或7所述的斯诺克台球机器人，其特征在于：所述直线位移传感器可采用直线光栅尺、直线磁栅尺；所述角度传感器可采用角度光栅尺、角度磁栅尺。