CN104784900A - 网球捡球机运行轨迹控制与超声波寻球系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种网球捡球机运行轨迹控制与超声波寻球系统及方法，该系统包括：中央处理器，接收视觉系统的红外线循迹传感器的测量数据，并根据相关数据向驱动系统发出运动指令；视觉系统，包括红外线循迹传感器及超声波测距传感器，利用红外线循迹传感器追踪网球场的白线及底色对捡球机循迹，并利用超声波测距传感器检测网球场上是否有掉落的网球及测量捡球机与网球的距离；驱动系统，实现捡球机的行走过程的变速与转弯,通过本发明，可以自动发现网球场上掉落的网球，实现了网球捡球过程的全自动化，节省了人力资源。

Description

网球捡球机运行轨迹控制与超声波寻球系统及方法

技术领域

本发明涉及一种网球捡球机，特别是涉及一种智能网球捡球机运行轨迹控制与超声波寻球系统及方法。

背景技术

过去，在大型网球比赛中或平时的网球训练中捡球工作大多有人力完成。为了方便捡球，目前市场上出现了一类手推式网球捡球车。此类捡球车为半自动式，需要操作人员把网球捡球车推到网球附近，然后由捡球车的捡球机构完成捡球动作。此类捡球机相对纯粹的人工捡球在效率上有一定的提高。

目前，手推式网球捡球车的不足之处如下：

a.体积大且重，相对于智能化捡球机比较笨拙。既浪费空间，又影响训练人员打球(在它捡球的过程中运动员不方便打球)。

b.需要人工操作，相对于智能化捡球机浪费了不必要的时间与体力。如若配置专门的捡球人员则浪费了人力资源。

c.只适用于地上球较多的情况，但是地上球多会影响运动员打球。地上球少时则没有必要用上述捡球车。因此，它的适用环境较局限。

d.未实现捡球过程的完全自动化、智能化。

发明内容

为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种网球捡球机运行轨迹控制与超声波寻球系统及方法，其通过提供一个智能、完全自动化的网球捡球机，节省网球训练中捡球的时间与体力，实现捡球过程的高效、智能化，给网球运动爱好者提供更多便捷，提高网球训练的效率。

为达上述及其它目的，本发明提出一种网球捡球机运行轨迹控制与超声波寻球系统，包括：

中央处理器，接收视觉系统的红外线循迹传感器的测量数据，并根据相关数据向驱动系统发出运动指令；

视觉系统，包括红外线循迹传感器及超声波测距传感器，利用红外线循迹传感器追踪网球场的白线及底色对捡球机循迹，并利用超声波测距传感器检测网球场上是否有掉落的网球及测量捡球机与网球的距离；

驱动系统，实现捡球机的行走过程的变速与转弯。

进一步地，所述视觉系统至少包括四个红外线循迹传感器和三个超声波测距传感器，红外线循迹传感器安装在所述捡球机的前面底盘下方，中间两个红外线循迹传感器用来追踪网球场上的白线，两侧两个红外线循迹传感器用来追踪网球场的深色底色，一个超声波测距传感器安装在所述捡球机正前方中间的位置，当捡球机离开基本路线后，用来测量捡球机与网球的距离，另两个超声波测距传感器安装在捡球机的两侧，当所述捡球机沿基本路线行走时，用来检测网球场上是否有掉落的网球。

进一步地，所述超声波测距传感器的安装高度低于网球直径。

进一步地，所述基本路线为网球场边沿的白色界线。

为达到上述目的，本发明还提供一种网球捡球机运行轨迹控制与超声波寻球方法，包括如下步骤：

步骤一，中央处理器根据红外线循迹传感器的检测结果向驱动系统发运动指令，控制驱动系统，使捡球机沿基本路线行走；

步骤二，位于捡球机两侧的超声波测距传感器检测网球场内外是否有掉落的物体；

步骤三，若检测到网球场上有掉落的物体，中央处理器向驱动系统发出指令控制捡球机向左或向右旋转若干角度后走向物体；

步骤四，在走向物体的过程中，位于捡球机前方的超声波测距传感器实时探测目标是否始终在其正前方，并以此来修正前进路线。

进一步地，步骤一中，首先设定捡球机逆时针或顺时针沿基本路线行走，捡球机把红外线循迹传感器的检测结果输送给中央处理器，中央处理器经处理后给驱动系统发出相应的行走指令，使捡球机追踪白线，沿着基本路线行走。

进一步地，在行走过程中，当捡球机前方的四个红外线循迹传感器中间两个检测到白色，两侧两个检测到深色时，捡球机的行走方向正确，此时全速前进；当左边两个红外线循迹传感器检测到白色，右边两个红外线循迹传感器检测到深色时，表示捡球机的行走方向向右跑偏，此时捡球机向左转；当右边两个红外线循迹传感器检测到白色，左边两个红外线循迹传感器检测到深色时，表示捡球机的行走方向向左跑偏，此时捡球机向右转；当四个红外线循迹传感器全部检测到深色时，说明捡球机走出网球场，此时捡球机向左转。

进一步地，于步骤三中，若位于捡球机两侧的超声波测距传感器检测到网球场上有掉落的物体，则捡球机向右旋转90度后走向物体。

进一步地，于步骤四中，当超声波测距传感器测到网球时，捡球机向前运动，当超声波测距传感器检测不到网球时，捡球机先左转若干角度，再向右转若干角度，在转动过程中，只要超声传感器检测到网球即停止转动，并走向网球。

进一步地，中央处理器利用电子罗盘读取捡球机行走过程中自身的行走方向。

与现有技术相比，本发明一种网球捡球机运行轨迹控制与超声波寻球系统及方法利用红外线传感器及超声波测距传感器实现智能捡球机的视觉功能，用单片机等微处理器实现捡球机的行走路线控制，用直流电机组成的驱动系统实现捡球机的行走，并用电子罗盘实现捡球机方向的判断，可以自动发现网球场上掉落的网球，实现了网球捡球过程的全自动化，节省了人力资源。

附图说明

图1为本发明一种网球捡球机运行轨迹控制与超声波寻球系统的系统架构图；

图2为本发明一种网球捡球机运行轨迹控制与超声波寻球方法的步骤流程图；

图3为本发明较佳实施例中捡球机工作的流程图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。

图1为本发明一种网球捡球机运行轨迹控制与超声波寻球系统的系统架构图。如图1所示，本发明一种网球捡球机运行轨迹控制与超声波寻球系统，包括：中央处理器10、视觉系统20以及驱动系统30。

其中，中央处理器10用来接收红外线循迹传感器的测量数据，并根据相关数据向驱动系统发出运动指令；视觉系统至少包括四个红外线循迹传感器和三个超声波测距传感器，红外线循迹传感器安装在捡球机的前面的底盘下方，中间两个用来追踪网球场上的白线，两侧两个用来追踪网球场的深色底色，超声波测距传感器，一个安装在捡球机正前方中间的位置，高度低于网球直径，当捡球机离开基本路线后，用来测量捡球机与网球的距离；另两个安装在捡球机的两侧，高度低于网球直径，当捡球机沿基本路线行走时，用来检测网球场上是否有掉落的网球；驱动系统30采用两轮驱动的方式，左右的轮子分别由两个直流电机驱动，可实现捡球机的行走过程的变速与转弯。

在本发明较佳实施例中，中央处理器10、视觉系统20以及驱动系统30均设置于捡球机小车上，除此之外，捡球机小车上还具有捡球装置，视觉系统20搜寻在球场上的网球，中央处理器10根据搜寻到的网球信息控制驱动系统30驱动小车至捡球位置，并驱动捡球装置捡起网球放入小车的储球空间，本发明体积小，自动化程度高，能实现自动智能捡球，节省人力资源。

图2为本发明一种网球捡球机运行轨迹控制与超声波寻球方法的步骤流程图。如图2所示，本发明一种网球捡球机运行轨迹控制与超声波寻球方法，包括如下步骤：

步骤201，中央处理器根据红外线循迹传感器的检测结果向驱动系统发运动指令，控制驱动系统，使捡球机沿基本路线行走。在本发明较佳实施例中，网球场边沿的白色界线是智能网球捡球机行走的基本路线，在本步骤中，首先设定捡球机逆时针沿基本路线行走，捡球机把红外线循迹传感器的检测结果输送给中央处理器，中央处理器经处理后给行走系统发出相应的行走指令，使捡球机追踪白线，沿着基本路线行走。

在行走过程中，当捡球机前方的四个红外线循迹传感器中间两个检测到白色，两侧两个检测到深色时，捡球机的行走方向正确，此时全速前进；当左边两个红外线循迹传感器检测到白色，右边两个红外线循迹传感器检测到深色时，捡球机的行走方向向右跑偏，此时向左转；当右边两个红外线循迹传感器检测到白色，左边两个红外线循迹传感器检测到深色时，捡球机的行走方向向左跑偏，此时向右转；当四个红外线循迹传感器全部检测到深色时，说明捡球机已走出网球场，此时捡球机向左转(本发明实施例中捡球机的寻球路线为沿着球场边缘线逆时针行走)。当然，相应地，若捡球机的寻球路线为沿着球场边缘线顺时针行走，则在捡球机走出球场时，令捡球机向右转，在此不予赘述。

步骤202，位于捡球机两侧的超声波测距传感器检测网球场内外是否有掉落的物体。

步骤203，若检测到网球场上有掉落的物体，中央处理器向驱动系统发出指令控制捡球机向左或向右旋转若干角度后走向物体。在本发明较佳实施例中，若位于捡球机两侧的超声波测距传感器检测到网球场上有掉落的物体，则捡球机向右旋转90度(由电子罗盘控制)后走向物体。在此过程中，捡球机向右旋转，当电子罗盘检测到转过90时，则停止旋转。在本发明较佳实施例中，本发明利用电子罗盘读取捡球机行走过程中自身的行走方向。

步骤204，在走向物体的过程中，位于捡球机前方的超声波测距传感器实时探测目标是否始终在其正前方，并以此来修正前进路线。具体地说，当超声波测距传感器能测到网球时，捡球机向前运动，当传感器检测不到网球时，在电子罗盘的配合下，捡球机先左转若干角度(例如30度)，再向右转若干角度(如30度)，在转动过程中，只要超声传感器检测到网球即停止转动，并走向网球

图3为本发明较佳实施例中捡球机工作的流程图。捡球机每隔一定时间会沿着基本路线走一圈。在捡球机沿基本路线行走时，位于捡球机两侧的超声波测距传感器用来检测网球场内外是否有掉落的物体。若检测到网球场上有掉落的物体，则捡球机向右旋转90度后走向物体，此过程中，捡球机向右旋转，当电子罗盘检测到已转过90时，停止旋转。在走向物体的过程中，位于捡球机前方的超声波测距传感器实时探测目标是否始终在其正前方，并以此来修正前进路线，此过程中，当超声波测距传感器能检测到网球时，捡球机向前运动，当传感器检测不到网球时，在电子罗盘的配合下，捡球机先做转30度，再向右转30度。在转动过程中，只要超声波测距传感器检测到网球及停止转动，并走向网球。

综上所述，本发明一种网球捡球机运行轨迹控制与超声波寻球系统及方法利用红外线传感器及超声波测距传感器实现智能捡球机的视觉功能，用单片机等微处理器实现捡球机的行走路线控制，用直流电机组成的驱动系统实现捡球机的行走，并用电子罗盘实现捡球机方向的判断，可以自动发现网球场上掉落的网球，实现了网球捡球过程的全自动化，节省了人力资源。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (10)

1.一种网球捡球机运行轨迹控制与超声波寻球系统，包括：

中央处理器，接收视觉系统的红外线循迹传感器的测量数据，并根据相关数据向驱动系统发出运动指令；

视觉系统，包括红外线循迹传感器及超声波测距传感器，利用红外线循迹传感器追踪网球场的白线及底色对捡球机循迹，并利用超声波测距传感器检测网球场上是否有掉落的网球及测量捡球机与网球的距离；

驱动系统，实现捡球机的行走过程的变速与转弯。

2.如权利要求1所述的一种网球捡球机运行轨迹控制与超声波寻球系统，其特征在于：所述视觉系统至少包括四个红外线循迹传感器和三个超声波测距传感器，红外线循迹传感器安装在所述捡球机的前面底盘下方，中间两个红外线循迹传感器用来追踪网球场上的白线，两侧两个红外线循迹传感器用来追踪网球场的深色底色，一个超声波测距传感器安装在所述捡球机正前方中间的位置，当捡球机离开基本路线后，用来测量捡球机与网球的距离，另两个超声波测距传感器安装在捡球机的两侧，当所述捡球机沿基本路线行走时，用来检测网球场上是否有掉落的网球。

3.如权利要求2所述的一种网球捡球机运行轨迹控制与超声波寻球系统，其特征在于：所述超声波测距传感器的安装高度低于网球直径。

4.如权利要求2所述的一种网球捡球机运行轨迹控制与超声波寻球系统，其特征在于：所述基本路线为网球场边沿的白色界线。

5.一种网球捡球机运行轨迹控制与超声波寻球方法，包括如下步骤：

步骤一，中央处理器根据红外线循迹传感器的检测结果向驱动系统发运动指令，控制驱动系统，使捡球机沿基本路线行走；

步骤二，位于捡球机两侧的超声波测距传感器检测网球场内外是否有掉落的物体；

步骤三，若检测到网球场上有掉落的物体，中央处理器向驱动系统发出指令控制捡球机向左或向右旋转若干角度后走向物体；

步骤四，在走向物体的过程中，位于捡球机前方的超声波测距传感器实时探测目标是否始终在其正前方，并以此来修正前进路线。

6.如权利要求5所述的一种网球捡球机运行轨迹控制与超声波寻球方法，其特征在于，步骤一中，首先设定捡球机逆时针或顺时针沿基本路线行走，捡球机把红外线循迹传感器的检测结果输送给中央处理器，中央处理器经处理后给驱动系统发出相应的行走指令，使捡球机追踪白线，沿着基本路线行走。

7.如权利要求6所述的一种网球捡球机运行轨迹控制与超声波寻球方法，其特征在于：在行走过程中，当捡球机前方的四个红外线循迹传感器中间两个检测到白色，两侧两个检测到深色时，捡球机的行走方向正确，此时全速前进；当左边两个红外线循迹传感器检测到白色，右边两个红外线循迹传感器检测到深色时，表示捡球机的行走方向向右跑偏，此时捡球机向左转；当右边两个红外线循迹传感器检测到白色，左边两个红外线循迹传感器检测到深色时，表示捡球机的行走方向向左跑偏，此时捡球机向右转；当四个红外线循迹传感器全部检测到深色时，说明捡球机走出网球场，此时捡球机向左转。

8.如权利要求6所述的一种网球捡球机运行轨迹控制与超声波寻球方法，其特征在于：于步骤三中，若位于捡球机两侧的超声波测距传感器检测到网球场上有掉落的物体，则捡球机向右旋转90度后走向物体。

9.如权利要求6所述的一种网球捡球机运行轨迹控制与超声波寻球方法，其特征在于：于步骤四中，当超声波测距传感器测到网球时，捡球机向前运动，当超声波测距传感器检测不到网球时，捡球机先左转若干角度，再向右转若干角度，在转动过程中，只要超声传感器检测到网球即停止转动，并走向网球。

10.如权利要求6所述的一种网球捡球机运行轨迹控制与超声波寻球方法，其特征在于：中央处理器利用电子罗盘读取捡球机行走过程中自身的行走方向。