CN106730685A - 基于传感器测距的网球识别、自动拾取机器人 - Google Patents

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葛晨航
刘晨斐
郭文城
霍思佳
马宏伟
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Abstract

本发明涉及一种基于传感器测距的网球识别、自动拾取机器人，车体下面装有四个轮子，车体的底座上装有防水元件盒、车体的前部底板上装有Kinect传感器，车体的外壳一侧装有用于捡球的机械手臂，防水元件盒内放置锂电池，锂电池连接前轮驱动电机、机械手臂驱动电机、Kinect传感器，所述Kinect传感器获得分布在球场不同位置的网球距离机器人的距离，并根据图片得到网球与机器人的相对偏移角度，根据距离和相对偏移角度数据来调整舵机，改变机器人角度，使机器人以匀速驶向网球，并在距离网球30cm处停止，并拾取网球。本发明将大大提高运动员进行网球运动时的效率。

Description

基于传感器测距的网球识别、自动拾取机器人
技术领域
本发明涉及一种可识别网球并自动拾取网球的机器人，旨在减少进行网球运动的人群花费在捡球问题上的时间。
背景技术
网球作为一门优美却又激烈的运动，受到了来自全球各地人群的喜爱。这样一种盛行于全世界的运动，已经被称为世界第二球类运动。在进行网球运动时，虽然每一次跑动与挥拍都非常令人愉悦，但若是网球脱离球拍与选手的控制，尤其是对新人玩家而言，捡球都显得非常繁琐、令人疲劳但有无可奈何。现在所谓的自动捡球装置，大概可以分为：1、夹持式捡球装置，其作用在于捡球人可以不再弯腰去捡球，但是仍然需要人一个个去找球，减少的劳动量有限；2、捡球机，人在通过遥控器控制小车后，小车通过一定的机械结构进行捡球，在节约时间方面并没有太大的优势。针对以上一些缺点，以及网球体积较大且质量较重，利用吹风等形式难以实现捡球的特点，提出了一种基于Kinect测距的网球识别、自动拾取装置。在相对于前述方式的相对更高的成本的情况下，可以实现全自动化并且可靠性极高，且可只需要一台手机运行程序对机器人进行控制，对于网球这种高消费运动而言，其性价比并不低。Kinect深度测量技术已经发展的比较成熟。该机器人在网球场或是网球馆中将会有较大的应用空间，在每次打球之前将装置放置于场地边缘并开动机器人即可，可以大大降低运动员花费在捡球等行为上的时间，便利性与效率性都将得到较大的提高。
发明内容
本发明针对进行网球运动的人群对于捡球这一行为的深受折磨与反感，提出了一种基于传感器测距的网球识别、自动拾取机器人，将有效提高进行网球运动的运动员的运动效率，减少其花费在捡球这一相对浪费时间的行为上的时间。
本发明的技术方案为：一种基于传感器测距的网球识别、自动拾取机器人，包括使用舵机进行转向的车体、防水元件盒、锂电池、Kinect传感器、机械手臂，车体下面装有四个轮子，车体的底座上装有防水元件盒、车体的前部底板上装有Kinect传感器，车体的外壳一侧装有用于捡球的机械手臂，防水元件盒内放置锂电池，锂电池连接前轮驱动电机、机械手臂驱动电机、Kinect传感器，所述Kinect传感器获得分布在球场不同位置的网球距离机器人的距离，并根据图片得到网球与机器人的相对偏移角度，根据距离和相对偏移角度数据来调整舵机，改变机器人角度，使机器人以匀速驶向网球，并在距离网球30cm处停止，并拾取网球。
所述机械手臂是自由度为2.5的机械手臂，所述机械手臂包括机械关节I、机械关节II、机械手，所述机械关节I通过机械关节II连接机械手，且机械关节I与机械关节II之间呈90度布置，所述机械关节I靠近车体，机械关节I和机械关节II分别沿竖直方向上下摆动的角度为-45°～90°。
所述四个轮子中的两前轮驱动且带舵机，后轮为万向从动轮。
所述车体上设有可灵活拆卸球袋的支架，支架上容纳常用网球袋。
本发明的有益效果：
本发明解决了网球运动员需要不断捡网球的问题。利用Kinect深度传感器获得待拾取网球与机器人的距离与角度，机器人根据这组数据自行进行捡取。Kinect与机器人关节、只要在机器人视野内存在有静止不动的网球，机器人视之为自己目标并自动拾取，使用手机即可成为上位机，或者在大型网球场馆中使用同一台上位机终端进行控制，实现无需人力的捡球。本发明将大大提高运动员进行网球运动时的效率。
附图说明
图1为本发明的基于传感器测距的网球识别、自动拾取机器人结构示意图；
图2为本发明的基于传感器测距的网球识别、自动拾取机器人的功能层框图；
图3为机器人的机械手臂结构示意图；
图4为车体内各部件安装位置示意图；
图5为车体结构示意图；
图6为机器人捡球流程图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1至图5所示，一种基于传感器测距的网球识别、自动拾取机器人包括：使用舵机转向的车体1、底座、两个防水元件盒6、两块锂电池7、Kinect传感器5、自由度为2.5的机械手臂4、可灵活拆卸球袋的支架、外壳2。
车体1下面装有四个轮子3，前后轮布置为可放置60×40cm固定底座的四轮模式，其中两前轮驱动且带舵机，后轮为万向从动轮。车体1的底座上装有防水元件盒6，将底座与四个车轮固定后，将防水元件盒6紧固于底座上，其中一个防水元件盒6中放置两块锂电池7，另一个防水元件盒6中放置Kinect传感器5。要做到：Kinect传感器5拍摄中心位于小车正中心。车体1的前部底板上装有Kinect传感器5，车体1的外壳2一侧装有用于捡球的机械手臂4，防水元件盒6内放置锂电池7，锂电池7连接前轮驱动电机、机械手臂驱动电机、Kinect传感器5，Kinect传感器5获得分布在球场不同位置的网球距离机器人的距离，并根据图片得到网球与机器人的相对偏移角度，根据距离和相对偏移角度数据来调整舵机，改变机器人角度，使机器人以匀速驶向网球，并在距离网球30cm处停止，并拾取网球。打开机器人开关后，机器人进行自动判断并捡球。
如图1，3所示，机械手臂4包括机械关节I4-1、机械关节II4-2、机械手4-3，机械关节I4-1通过机械关节II4-2连接机械手4-3，且机械关节I4-1与机械关节II4-2之间呈90度布置，机械关节I4-1靠近车体1，机械关节I4-1和机械关节II4-2分别沿竖直方向上下摆动的角度为-45°～90°。
由于Kinect传感器的拍摄视野有限，且网球脱离控制后最终会掉落在地面，故Kinect传感器需要尽可能贴近于地面，故将Kinect传感器尽可能放置在车体前部，紧贴底板。放置好的机器人进行冷却时间为1秒钟的间隔拍照，这样进行设置的理由在于，避免机器人误判拍摄到飞行于空中的网球为需捡取的球。
如图6所示，Kinect传感器对含有距离信息的后一幅图像进行处理，判别：(1)是否在图像中含有待捡取的网球；(2)如果(1)为真，则判别图像中是否有多个网球；(3)若(2)为真，则标记距离机器人最近的球为目标；(4)若1为假，机器人旋转25°继续进行(1)的判定。对于有待捡取网球的图像进行处理：1)获得目标与Kinect的距离；2)获得网球与机器人前边缘中心的角度。根据角度值对舵机进行调整，使小车正对网球；根据距离值，机器人匀速到达小车面前，使用机械手臂进行拾取。具体拾取过程为：机械关节I旋转60°使机械手臂下行，转动机械关节II使得机械手位于网球正上方3厘米，机械手张开，关节继续向下移动，机械手闭合捡起小球。机械手臂逆向进行刚才动作，手臂回复到初始位置，张开机械手，网球掉入球袋。捡球过程完成，机器人旋转25°继续搜寻目标。

Claims (4)

1.一种基于传感器测距的网球识别、自动拾取机器人，包括使用舵机进行转向的车体(1)、防水元件盒(6)、锂电池(7)、Kinect传感器(5)、机械手臂(4)、可灵活拆卸球袋的支架，其特征在于：所述车体(1)下面装有四个轮子(3)，车体(1)的底座上装有防水元件盒(6)、车体(1)的前部底板上装有Kinect传感器(5)，车体(1)的外壳一侧装有用于捡球的机械手臂(4)，防水元件盒(6)内放置锂电池(7)，锂电池(7)连接前轮驱动电机、机械手臂驱动电机、Kinect传感器(5)，所述Kinect传感器(5)获得分布在球场不同位置的网球距离机器人的距离，并根据图片得到网球与机器人的相对偏移角度，根据距离和相对偏移角度数据来调整舵机，改变机器人角度，使机器人以匀速驶向网球，并在距离网球30cm处停止，并拾取网球。
2.根据权利要求1所述的基于传感器测距的网球识别、自动拾取机器人，其特征在于：所述机械手臂(4)是自由度为2.5的机械手臂，所述机械手臂(4)包括机械关节(4-1)、机械关节(4-2)、机械手(4-3)，所述机械关节(4-1)通过机械关节(4-2)连接机械手(4-3)，且机械关节(4-1)与机械关节(4-2)之间呈90度布置，所述机械关节(4-1)靠近车体(1)，机械关节(4-1)和机械关节(4-2)分别沿竖直方向上下摆动的角度为-45°~90°。
3.根据权利要求1所述的基于传感器测距的网球识别、自动拾取机器人，其特征在于：所述四个轮子(3)中的两前轮驱动且带舵机，后轮为万向从动轮。
4.根据权利要求1所述的基于传感器测距的网球识别、自动拾取机器人，其特征在于：所述车体(1)上设有可灵活拆卸球袋的支架，支架上容纳常用网球袋。
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