CN105833484A - 一种无线充电的智能捡网球小车及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无线充电的智能捡网球小车及其控制方法，主要包括：小车本体(1)、信息处理单元(2)、信息收集单元(3)、执行机构单元(4)、供电单元(5)、充电单元(6)、遥控控制单元(7)及无线充电的智能捡网球小车控制方法。本发明通过安装在智能小车上的信息收集单元收集网球场上的环境数据，在人们进行网球运动中实现智能小车的自主捡球和遥控捡球。当小车电量不足时，智能小车还能够自主行进至设定好的充电线圈附近进行无线充电，有效的解决了小车有线充电的弊端和续航短的问题。本发明将智能小车与网球运动紧密联系在一起，可以减少运动人员因大量捡球而产生的痛苦，为我们的生活提供了便利。

Description

一种无线充电的智能捡网球小车及其控制方法

技术领域

本发明涉及智能小车、物联网技术领域。更具体的说，涉及无线充电的智能捡网球小车及其控制方法。

背景技术

智能车是集环境监测、根据收集到的信息作出决策并可以自动执行工作的综合系统。它不仅可以通过无线等方式接收人发出的指令，而且可以根据已经编写好的程序自动执行，也可以根据人工智能与智能车技术制定的规则而行动，它的主要目的是协助或取代人类的较为繁琐的工作。现代多传感器技术、计算机技术、信息传输技术、人工智能以及控制工程都被大量应用于智能小车的研制中，这使得智能车技术成为衡量一个国家科技研究实力与工业水平的重要标志。智能车与传统意义的可移动机器人已经发展了数十年，无论从两者的外貌还是具有的功能，两者都非常相似。从而使得传统意义上的可移动机器人慢慢向智能车发展，而现代的智能车更加趋向于智能化的机器人。因此，小型智能车被认为是可移动的服务型机器人，并且这种技术已经成为当今智能车和服务型机器人领域研究的热点。智能小车是轮式移动机器人家族中的一个重要的分支，因为智能小车自重较轻、承载大、行走速度相对较快、机动灵活、在控制方面和驱动方面比较便捷，被大量应用于工业、农业、国防、家庭生活等领域。

本发明涉及的带无线充电的智能捡网球小车综合考虑了以下三点原因：第一点是其存在潜在的巨大应用市场，网球运动作为世界第二大体育运动，从20世纪90年代开始，以其无与伦比的魅力以及不断完善的技术体系吸引了越来越多的网球爱好者。随着网球这项运动的不断普及，由于网球这项运动的自身特点，在打球的过程中必须持续不停地捡球，捡球不但会耗费时间，而且会浪费掉人的体力，是一个非常烦人的过程。带无线充电的智能捡网球小车便可以解决上述问题。第二点：最近几年来，无线终端技术成为现今科技发展的新方向，如无线终端设备、无线方式通信的传感器、人体植入医疗设备等。但是由于传统供电方式的局限性，电能的传输方式和路径问题一直制约着无线设备的发展。而无线电能传输属于非接触电能传输技术不但能够解除传统复杂的机械方式连接的制约，实现各个无线设备之间不受空间限制的传输电能，而且具有无任何接插连接、无裸露在外面的导体、无漏电和触电伤害等无与伦比的优点。对于提高电气设备的工作年限和加强电气设备整体系统机能，这项技术都具有重大的参考价值和意义。最后，进入21世纪以来计算机技术和存储技术得到了不断发展，使得计算机在信息传输能力和数据存储能力上得到了很大的提高，这使得智能小车能够运行更加复杂的控制算法。并且多种传感器集成和融合技术有了很大的发展，这些技术减小了整体系统获取所需信息的成本，增强了整体系统的测量可靠性及稳定性和容错能力，并且有利于提高数据处理的速度。这些不断出现和发展的科学技术，都能够为实现带无线充电的智能捡网球小车创造了有利条件。

发明内容

本发明的目的是提供一种自主捡球、遥控捡球和方便操作无线充电的智能捡网球小车及其控制方法。该装置实现了网球运动中捡球繁琐的问题，能够更高效的帮助网球运动人员，提高了运动的智能性，集科技、时尚与智能为一体，能够更好的被网球爱好者认同。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种无线充电的智能捡网球小车及其控制方法，主要包括：小车本体、信息处理单元、信息收集单元、执行机构单元、供电单元、充电单元、遥控控制单元及无线充电的智能捡网球小车控制方法；

所述的信息处理单元、信息收集单元、执行机构单元、供电单元均置于小车本体内；

所述的小车本体采用三轮结构，其中后面两个轮为驱动轮，前轮由舵机控制负责转向；

所述的信息处理单元由控制器(A)、无线通讯模块和电源电路组成，控制器(A)接收信息收集单元收集到的数据，将控制指令发送到智能捡网球小车的执行机构单元，根据这些控制指令实现智能捡网球小车路线的最优设定、网球的拾取以及障碍物的躲避；控制器(A)也可以通过无线通讯方式接收遥控控制单元的信息，然后将控制指令发送到智能捡网球小车的执行机构单元，根据这些控制指令实现智能捡网球小车路线的设定、网球的拾取以及障碍物的躲避；电源电路把供电单元输出的直流电压转换成控制器可接受的电压；

所述的信息收集单元由三路红外模块、两路超声波模块和一路电子罗盘模块构成；三路红外模块并排放置在小车的前部中间，这三路红外检测模块能有效检测小车前方的网球以及障碍物并发出信号；两路超声波模块位于小车的前部分别置于三路红外模块的两侧，完成网球场上的网球与小车距离的检测；一路电子罗盘模块规划智能捡网球小车的行走路径；

所述的执行机构单元主要包括小车后面两个驱动轮的驱动电机、负责前轮转向的舵机和拾取网球的机械手；

所述的供电单元包括接收谐振线圈、整流电路、滤波电路和充电电池；接收谐振线圈完成充电单元发出能量的接收，整流电路把谐振线圈接收的交流电压能量转化成直流电压，滤波电路去除直流电压的谐波信号后给充电电池充电；所述的接收谐振线圈为空心铜管弯成圆形的结构；

所述的充电单元包括发射谐振线圈、高频逆变电路和红外检测模块；高频逆变电路把50Hz的电网交流电压转化成几十KHz以上的交流高频信号输出给发射谐振线圈，发射谐振线圈把高频能量信号进行发射；所述的发射谐振线圈为空心铜管弯成圆形的结构，其大小与接收谐振线圈相同；红外检测模块负责检测智能捡网球小车是否靠近，当感应到小车靠近充电单元时，自动闭合继电器，从而控制高频逆变电路工作，实现自主无线充电，充满电后自动断开继电器，防止过充；

所述的遥控控制单元包括手柄、控制器(B)和无线通讯模块；控制器(B)采集手柄的压力数据并处理，然后将其转换成小车的行进动作指令和网球机械手的捡球指令，并将指令数据通过无线通讯模块发送给信息处理单元；

所述的一种无线充电的智能捡网球小车的控制方法，其特征在于控制方法包括自主捡球和遥控捡球控制步骤：

所述的自主捡球控制步骤包括：

智能小车的信息收集单元初始化三路红外模块，执行机构单元的前轮由舵机控制360度旋转，三路红外模块检测障碍物，检测到障碍物时小车由电子罗盘模块给出路径，控制器(A)驱动小车的执行机构行进至障碍物前，此时如果三路红外模块中间一路检测到障碍物而两侧的红外模块没有检测到障碍物，则判断此障碍物为网球，然后通过超声波模块测量网球离小车的距离，控制器(A)根据此距离驱动小车的执行机构行进至网球前，由执行机构的机械手进行抓球并将其放入小车的盒子中，完成自主捡球步骤；

所述的遥控捡球控制步骤包括：

操作者转动手柄发出小车行进的方向信息，小车控制器(A)接收到手柄发出的无线控制信息，根据控制信息驱动小车的执行机构行进至网球前，此时操作者按下手柄的捡球按钮，小车控制器(A)接收到捡球控制指令，然后控制机械手进行抓球并将其放入小车的盒子中，完成遥控捡球步骤；

本发明的优点是可以精确定位网球场上的网球位置，并根据这些位置信息给出最优小车行进路线实现自主捡球，网球爱好者还可以在休息时通过控制手柄实现遥控捡球，另外此装置还实现了小车馈电时的自主无线充电，大大减少了有线充电的麻烦。该装置具有高鲁棒性、高可靠性、智能化的特点。

附图说明

图1本发明的系统构成示意图；

图2本发明的信息处理单元示意图；

图3本发明的供电单元示意图；

图4本发明的充电单元示意图；

图5本发明的自主捡球控制方法流程图；

图6本发明的遥控捡球控制方法流程图；

具体实施方式

本发明的目的是提供一种自主捡球、遥控捡球和方便操作无线充电的智能捡网球小车及其控制方法。下面结合实施例和附图对本发明的一种无线充电的智能捡网球小车及其控制方法做出详细说明。

如图1所示，本发明一种无线充电的智能捡网球小车及其控制方法，一种无线充电的智能捡网球小车及其控制方法，主要包括：小车本体(1)、信息处理单元(2)、信息收集单元(3)、执行机构单元(4)、供电单元(5)、充电单元(6)、遥控控制单元(7)及无线充电的智能捡网球小车控制方法；所述的信息处理单元、信息收集单元、数据通信单元、执行机构单元、供电单元均置于小车本体内；所述的小车本体采用三轮结构，其中后面两个轮为驱动轮，前轮由舵机控制负责转向；所述的信息收集单元由三路红外模块、两路超声波模块和一路电子罗盘模块构成；三路红外模块并排放置在小车的前部中间，这三路红外检测模块能有效检测小车前方的小球以及障碍物并发出信号；两路超声波模块位于小车的前部分别置于三路红外模块的两侧，完成网球场上的网球与小车距离的检测；一路电子罗盘模块规划智能捡网球小车的行走路径；所述的执行机构单元主要包括小车后面两个驱动轮的驱动电机、负责前轮转向的舵机和拾取网球的机械手；所述的遥控控制单元包括手柄、控制器(B)和无线通讯模块；控制器(B)采集手柄的压力数据并处理，然后将其转换成小车的行进动作指令和网球机械手的捡球指令，并将指令数据通过无线通讯模块发送给信息处理单元。

如图2所示，所述的信息处理单元(2)包括控制器(A)、无线通讯模块和电源电路组成；控制器(A)接收信息收集单元收集到的数据，将控制指令发送到智能捡网球小车的执行机构单元，根据这些控制指令实现智能捡网球小车路线的最优设定、网球的拾取以及障碍物的躲避；控制器(A)也可以通过无线通讯方式接收遥控控制单元的信息，然后将控制指令发送到智能捡网球小车的执行机构单元，根据这些控制指令实现智能捡网球小车路线的设定、网球的拾取以及障碍物的躲避；所述的无线通讯方式包括EnOcean、NRF905、Sub-1G和ZigBee，或者为2G、3G以及4G网络；电源电路把供电单元输出的直流电压转换成控制器可接受的电压。

如图3所示，所述的供电单元包括接收谐振线圈、整流电路、滤波电路和充电电池；接收谐振线圈完成充电单元发出能量的接收，整流电路把谐振线圈接收的交流电压能量转化成直流电压，滤波电路去除直流电压的谐波信号后给充电电池充电；所述的接收谐振线圈为空心铜管弯成圆形的结构。

如图4所示，所述的充电单元包括发射谐振线圈、高频逆变电路和红外检测模块；高频逆变电路把50Hz的电网交流电压转化成几十KHz以上的交流高频信号输出给发射谐振线圈，发射谐振线圈把高频能量信号进行发射；所述的发射谐振线圈为空心铜管弯成圆形的结构，其大小与接收谐振线圈相同；红外检测模块负责检测智能捡网球小车是否靠近，当感应到小车靠近充电单元时，自动闭合继电器，从而控制高频逆变电路工作，实现自主无线充电，充满电后自动断开继电器，防止过充。

如图5所示，所述的自主捡球控制步骤包括：

智能小车的信息收集单元初始化三路红外模块，执行机构单元的前轮由舵机控制360度旋转，三路红外模块检测障碍物，检测到障碍物时小车由电子罗盘模块给出路径，控制器(A)驱动小车的后轮行进至障碍物前，此时如果三路红外模块中间一路检测到障碍物而两侧的红外模块没有检测到障碍物，则判断此障碍物为网球，然后通过超声波模块测量网球离小车的距离，控制器(A)根据此距离驱动小车的后轮行进至网球前，执行机构的机械手进行抓球并将其放入小车的盒子中，完成自主捡球步骤。

如图6所示，所述的遥控捡球控制步骤包括：操作者转动手柄发出小车行进的方向信息，小车控制器(A)接收到手柄发出的无线控制信息，根据控制信息驱动小车的后轮前进，驱动前轮调整小车的方向行进至网球前，此时操作者按下手柄的捡球按钮，小车控制器(A)接收到捡球控制指令，然后控制机械手进行抓球并将其放在小车的盒子内，完成遥控捡球步骤。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有局限性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一。所以如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，采用其它形式的同类部件或其它形式的各部件布局方式，不经创造性的设计出与该技术方案相似的技术方案与实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种无线充电的智能捡网球小车及其控制方法，主要包括：小车本体(1)、信息处理单元(2)、信息收集单元(3)、执行机构单元(4)、供电单元(5)、充电单元(6)、遥控控制单元(7)及无线充电的智能捡网球小车控制方法；所述的信息处理单元、信息收集单元、执行机构单元、供电单元均置于小车本体内。

2.根据权利要求1所述一种无线充电的智能捡网球小车及其控制方法，其特征在于所述的小车本体采用三轮结构，其中后面两个轮为驱动轮，前轮负责转向并由舵机控制。

3.根据权利要求1所述一种无线充电的智能捡网球小车及其控制方法，其特征在于所述的信息处理单元由控制器(A)、无线通讯模块和电源电路组成；控制器(A)接收信息收集单元收集到的数据，将控制指令发送到智能捡网球小车的执行机构单元，根据这些控制指令实现智能捡网球小车路线的最优设定、网球的拾取以及障碍物的躲避；控制器(A)也可以通过无线通讯方式接收遥控控制单元的信息，然后将控制指令发送到智能捡网球小车的执行机构单元，根据这些控制指令实现智能捡网球小车路线的设定、网球的拾取以及障碍物的躲避；所述的无线通讯方式包括EnOcean、NRF905、Sub-1G和ZigBee，或者为2G、3G以及4G网络；电源电路把供电单元输出的直流电压转换成控制器可接受的电压。

4.根据权利要求1所述一种无线充电的智能捡网球小车及其控制方法，其特征在于所述的信息收集单元由三路红外模块、两路超声波模块和一路电子罗盘模块构成；三路红外模块并排放置在小车的前部中间，这三路红外检测模块能有效检测小车前方的小球以及障碍物并发出信号；两路超声波模块位于小车的前部分别置于三路红外模块的两侧，完成网球场上的网球与小车距离的检测；电子罗盘模块规划智能捡网球小车的行走路径。

5.根据权利要求1所述一种无线充电的智能捡网球小车及其控制方法，其特征在于所述的执行机构单元主要包括小车后面两个驱动轮的驱动电机、负责前轮转向的舵机和拾取网球的机械手。

6.根据权利要求1所述一种无线充电的智能捡网球小车及其控制方法，其特征在于所述的供电单元包括接收谐振线圈、整流电路、滤波电路和充电电池；接收谐振线圈完成充电单元发出能量的接收，整流电路把谐振线圈接收的交流电压转化成直流电压，滤波电路去除直流电压的谐波信号后给充电电池充电；所述的接收谐振线圈为空心铜管弯成圆形的结构。

7.根据权利要求1所述一种无线充电的智能捡网球小车及其控制方法，其特征在于所述的充电单元包括发射谐振线圈、高频逆变电路和红外检测模块；高频逆变电路把50Hz的电网交流电压转化成几十KHz以上的交流高频信号输出给发射谐振线圈，发射谐振线圈将高频能量信号发射出去；所述的发射谐振线圈为空心铜管弯成圆形的结构，其大小与接收谐振线圈相同；红外检测模块负责检测智能捡网球小车是否靠近，当感应到小车靠近充电单元时，自动闭合继电器，从而控制高频逆变电路工作，实现小车的自主无线充电，充满电后自动断开继电器，防止过充。

8.根据权利要求1所述一种无线充电的智能捡网球小车及其控制方法，其特征在于所述的遥控控制单元包括手柄、控制器(B)和无线通讯模块；控制器(B)采集手柄的压力数据并处理，然后将其转换成小车的行进动作指令和网球机械手的捡球指令，并将指令数据通过无线通讯模块发送给信息处理单元。

9.根据权利要求1所述的一种无线充电的智能捡网球小车及其控制方法，其特征在于控制方法包括自主捡球和遥控捡球控制步骤：

所述的自主捡球控制步骤包括：

智能小车的信息收集单元初始化三路红外模块，执行机构单元的前轮由舵机控制360度旋转，三路红外模块检测障碍物，检测到障碍物时小车由电子罗盘模块给出路径，控制器(A)驱动小车的后轮行进至障碍物前，此时如果三路红外模块中间一路检测到障碍物而两侧的红外模块没有检测到障碍物，则判断此障碍物为网球，然后通过超声波模块测量网球离小车的距离，控制器(A)根据此距离驱动小车的后轮行进至网球前，由执行机构的机械手进行抓球并将其放入小车的盒子中，完成自主捡球步骤；

所述的遥控捡球控制步骤包括：

操作者转动手柄发出小车行进的方向信息，小车控制器(A)接收到手柄发出的无线控制信息，根据控制信息驱动小车的执行机构行进至网球前，此时操作者按下手柄的捡球按钮，小车控制器(A)接收到捡球控制指令，然后控制机械手进行抓球并将其放入小车的盒子中，完成遥控捡球步骤。