CN105373128A - 羽毛球机器人及其全场定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种羽毛球机器人及其全场定位方法，机器人包括：轨迹获取装置，用于获取空中羽毛球的移动轨迹，并将轨迹信息输出；控制装置，用于接收所述轨迹获取装置输出的所述轨迹信息，根据所述轨迹信息控制所述机器人在预定场地内向所述羽毛球移动方向运动；球拍控制装置，设置在所述机器人本体上，用于当所述控制装置控制所述机器人运动到所述羽毛球落点预定位置范围停止运动时，控制球拍在所述机器人本体上移动从而实现接球或发球。本发明可以实现羽毛球机器人在比赛场地的准确定位，从而实现精确的接球或发球。

Description

羽毛球机器人及其全场定位方法
本案要求了2015年6月17日提交的中国发明专利，申请号为2015103391425的优先权。
技术领域
本发明涉及羽毛球机器人领域，特别涉及一种羽毛球机器人及其全场定位方法。
背景技术
在羽毛球机器人比赛中，为了实现精确的接球或发球任务，要求机器人在很短的时间(通常为几百毫秒不到一秒的时间之内)快速跑到羽毛球下落的位置，并且位置要十分精确，难度很大。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种羽毛球机器人及其全场定位方法，旨在控制羽毛球机器人在羽毛球比赛中的移动，实现精确地接球或发球任务。
为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：
一种羽毛球机器人，包括：
轨迹获取装置，用于获取空中羽毛球的移动轨迹，并将轨迹信息输出；
控制装置，用于接收所述轨迹获取装置输出的所述轨迹信息，根据所述轨迹信息控制所述机器人在预定场地内向所述羽毛球移动方向运动；
球拍控制装置，设置在所述机器人本体上，用于当所述控制装置控制所述机器人运动到所述羽毛球落点预定位置范围停止运动时，控制球拍在所述机器人本体上移动从而实现接球或发球。
所述控制装置还用于根据接收的该机器人底盘上的电机编码器和陀螺仪输出的数据来控制所述机器人在预定场地内运动。
所述轨迹获取装置为摄像机。
所述球拍控制装置包括设置在所述机器人本体上的滑轨，所述滑轨上设有与球拍连接的滑块，所述滑块连接有驱动器，所述驱动器与所述控制装置连接。
所述控制装置通过PID反馈方式控制所述驱动器从而驱动所述滑块在所述滑轨上的移动。
本发明还提供一种如上述羽毛球机器人的全场定位方法，包括如下步骤：
轨迹获取装置获取空中羽毛球的移动轨迹，并将轨迹信息输出；
控制装置接收所述轨迹获取装置输出的所述轨迹信息，根据所述轨迹信息控制所述机器人在预定场地内向所述羽毛球移动方向运动；
当所述控制装置控制所述机器人运动到所述羽毛球落点预定位置范围停止运动时，球拍控制装置控制球拍在所述机器人本体上移动从而实现接球或发球；其中所述球拍控制装置设置在所述机器人本体上。
优选的，所述控制装置还用于根据接收的该机器人底盘上的电机编码器和陀螺仪输出的数据来控制所述机器人在预定场地内运动。
所述轨迹获取装置为摄像机。
所述球拍控制装置包括设置在所述机器人本体上的滑轨，所述滑轨上设有与球拍连接的滑块，所述滑块连接有驱动器，所述驱动器与所述控制装置连接。所述控制装置通过PID反馈方式控制所述驱动器从而驱动所述滑块在所述滑轨上的移动。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明的羽毛球机器人及其全场定位方法通过控制装置根据羽毛球轨迹信息控制机器人在比赛场地上运动实现初步的轨迹跟踪定位，在羽毛球落点位置范围，进一步地控制球拍控制装置在机器人本体上的移动实现球拍的小范围移动，从而完成精确地接球和发球任务。
附图说明：
图1是本发明实施例中的羽毛球机器人示意图。
图2是本发明实施例中的羽毛球机器人结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
如图1所示的一种羽毛球机器人，包括轨迹获取装置101、控制装置102和球拍控制装置103。所述轨迹获取装置101，用于获取空中羽毛球的移动轨迹，并将轨迹信息输出。所述控制装置102，用于接收所述轨迹获取装置101输出的所述轨迹信息，根据所述轨迹信息控制所述机器人在预定场地(即比赛场地)内向所述羽毛球移动方向运动。所述球拍控制装置103，设置在所述机器人本体上，用于当所述控制装置102控制所述机器人运动到所述羽毛球落点预定位置范围停止运动时，控制球拍在所述机器人本体上移动从而实现接球或发球。
本发明的羽毛球机器人通过控制装置根据羽毛球轨迹信息控制机器人在比赛场地上运动实现初步的轨迹跟踪定位，在羽毛球落点预定位置范围，进一步地控制球拍控制装置在机器人本体上的移动实现球拍的小范围移动，从而完成精确地接球和发球任务。
具体的，在一个实施例中，如图2所示的机器人结构的简单示意图，所述控制装置102(如stm32f407主控芯片)还用于根据接收的该机器人底盘上的电机编码器(与驱动轮子的电机连接)和陀螺仪(图未示)输出的数据来控制所述机器人在预定场地内运动,根据陀螺仪以及电机编码器的数据可以实时计算机器人的当前位置，以便于与羽毛球当前移动位置比较实现对羽毛球的位置跟踪。
所述轨迹获取装置101为摄像机或摄像头。所述球拍控制装置103包括设置在所述机器人本体上的滑轨，所述滑轨上设有与球拍连接的滑块(图未示)，所述滑块连接有驱动器(如气缸)，所述驱动器与所述控制装置连接。本发明机器人采用二维滑轨，滑块可以在滑轨上平面移动，实现前后移动和/或左右移动，保证准确的控制发球和接球。所述控制装置102通过PID反馈方式控制所述驱动器从而驱动所述滑块在所述滑轨上的移动，保证精确位移。
羽毛球的空中位置数据是由摄像机传输的，传输的数据有机器人底盘x轴，y轴的位置即坐标点，以及羽毛球落地的时间参数。控制装置获取到该坐标点之后，先用前馈算法规划从开始到落点的机器人运动，即通过给定的加速度、最大速度、减速度，运用运动学物理公式，计算从起点到落点的路程内任意时刻的速度，根据机器人内的系统时间，实时的改变机器人的速度，在接近落点的时候，再用反馈精确调节滑块移动实现发球和接球，根据当前位置与接球位置的误差值，通过PID(比例、积分、微分)算法，计算出滑块应该做到的调节量，将此调节量映射到电机，实现调节。
本发明羽毛球机器人在比赛场地高速运动没有达到羽毛球落点精确位置的情况下，通过调节滑轨使之达到精度要求。本发明将机器人在比赛场地的运动以及滑轨在机器人上的运动相结合,实现准确的控制发球和接球。
本发明另一实施例还提供一种如上述图1所示的羽毛球机器人的全场定位方法，包括如下步骤：
轨迹获取装置获取空中羽毛球的移动轨迹，并将轨迹信息输出(击球点的x，y坐标，击球的时间，算选择的拍子)；
控制装置接收所述轨迹获取装置输出的所述轨迹信息，根据所述轨迹信息控制所述机器人在预定场地内向所述羽毛球移动方向运动；
当所述控制装置控制所述机器人运动到所述羽毛球落点预定位置范围停止运动时，球拍控制装置控制球拍在所述机器人本体上移动从而实现接球或发球；其中所述球拍控制装置设置在所述机器人本体上。
具体的，所述控制装置(如stm32f407主控芯片)还用于根据接收的该机器人底盘上的电机编码器和陀螺仪输出的数据来控制所述机器人在预定场地内运动，这部分在陀螺仪模块中进行处理，通过坐标旋转模型，计算出与世界坐标的夹角与位移。根据陀螺仪以及电机编码器的数据可以实时计算机器人的当前位置，用陀螺仪模块中传递回来的数据，加上机器人的起点偏移，就是当前的位置，以便于与羽毛球当前移动位置比较实现对羽毛球的位置跟踪。所述轨迹获取装置为摄像机或摄像头。所述球拍控制装置包括设置在所述机器人本体上的滑轨，所述滑轨上设有与球拍连接的滑块，所述滑块连接有驱动器(如气缸)，所述驱动器与所述控制装置连接。本发明机器人采用二维滑轨，滑块可以在滑轨上平面移动，实现前后移动和/或左右移动，保证准确的控制发球和接球。所述控制装置通过PID反馈方式控制所述驱动器从而驱动所述滑块在所述滑轨上的移动，保证精确位移。
羽毛球的空中位置数据是由摄像机传输的，传输的数据有机器人底盘x轴，y轴的位置即坐标点，以及羽毛球落地的时间参数。控制装置获取到该坐标点之后，先用前馈算法规划从开始到落点的机器人运动，在接近落点的时候，再用反馈精确调节滑块移动实现发球和接球。
本发明羽毛球机器人全场定位方法在比赛场地高速运动没有达到羽毛球落点精确位置的情况下，通过调节滑轨使之达到精度要求。本发明将机器人在比赛场地的运动以及滑轨在机器人上的运动相结合,实现准确的控制发球和接球。
上面结合附图对本发明的具体实施方式进行了详细说明，但本发明并不限制于上述实施方式，在不脱离本申请的权利要求的精神和范围情况下，本领域的技术人员可以作出各种修改或改型。

Claims (10)

1.一种羽毛球机器人，其特征在于，包括：
轨迹获取装置，用于获取空中羽毛球的移动轨迹，并将轨迹信息输出；
控制装置，用于接收所述轨迹获取装置输出的所述轨迹信息，根据所述轨迹信息控制所述机器人在预定场地内向所述羽毛球移动方向运动；
球拍控制装置，设置在所述机器人本体上，用于当所述控制装置控制所述机器人运动到所述羽毛球落点预定位置范围停止运动时，控制球拍在所述机器人本体上移动从而实现接球或发球。
2.根据权利要求1所述的羽毛球机器人，其特征在于，所述控制装置还用于根据接收的该机器人底盘上的电机编码器和陀螺仪输出的数据来控制所述机器人在预定场地内运动。
3.根据权利要求1所述的羽毛球机器人，其特征在于，所述轨迹获取装置为摄像机。
4.根据权利要求1-3任一项所述的羽毛球机器人，其特征在于，所述球拍控制装置包括设置在所述机器人本体上的滑轨，所述滑轨上设有与球拍连接的滑块，所述滑块连接有驱动器，所述驱动器与所述控制装置连接。
5.根据权利要求4所述的羽毛球机器人，其特征在于，所述控制装置通过PID反馈方式控制所述驱动器从而驱动所述滑块在所述滑轨上的移动。
6.一种如权利要求1所述羽毛球机器人的全场定位方法，其特征在于，包括如下步骤：
轨迹获取装置获取空中羽毛球的移动轨迹，并将轨迹信息输出；
控制装置接收所述轨迹获取装置输出的所述轨迹信息，根据所述轨迹信息控制所述机器人在预定场地内向所述羽毛球移动方向运动；
当所述控制装置控制所述机器人运动到所述羽毛球落点预定位置范围停止运动时，球拍控制装置控制球拍在所述机器人本体上移动从而实现接球或发球；其中所述球拍控制装置设置在所述机器人本体上。
7.根据权利要求6所述的全场定位方法，其特征在于，所述控制装置还用于根据接收的该机器人底盘上的电机编码器和陀螺仪输出的数据来控制所述机器人在预定场地内运动。
8.根据权利要求6所述的全场定位方法，其特征在于，所述轨迹获取装置为摄像机。
9.根据权利要求6-8任一项所述的全场定位方法，其特征在于，所述球拍控制装置包括设置在所述机器人本体上的滑轨，所述滑轨上设有与球拍连接的滑块，所述滑块连接有驱动器，所述驱动器与所述控制装置连接。
10.根据权利要求9所述的全场定位方法，其特征在于，所述控制装置通过PID反馈方式控制所述驱动器从而驱动所述滑块在所述滑轨上的移动。
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