CN106964121A - 一种智能巡检拾取乒乓球的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种智能巡检拾取乒乓球的装置，包括小车，所述小车上安装有控制器、地图构建模块、抓取模块、识别定位模块和移动模块；所述控制器分别与地图构建模块、抓取模块和识别定位模块相连；所述控制器用于协调各个模块的工作；所述地图构建模块通过测距装置探测周围环境，对周围环境进行地图构建和对电动小车进行定位；所述识别定位模块用于识别出乒乓球及乒乓球所处的位置；所述抓取模块用于拾取乒乓球；所述移动模块用于根据识别定位模块识别出的乒乓球所述的位置带动小车移动到乒乓球附近以使得所述抓取模块拾取乒乓球。本发明能够实现对乒乓球馆的智能巡检。

Description

一种智能巡检拾取乒乓球的装置
技术领域
本发明涉及自动控制技术领域，特别是涉及一种智能巡检拾取乒乓球的装置。
背景技术
在现代的乒乓球训练馆中，地上存在大量的散落的乒乓球待拾取，而对于散落乒乓球的拾取往往花费大量的人工去拾取，这不仅消耗大量的人力，而且是一项枯燥乏味的工作。
目前对于乒乓球馆等地的乒乓球拾取，并没有太智能的方法，主要依赖于简单的随机巡逻和图像识别来辨别乒乓球；单纯的随机巡逻效率不仅低下，而且存在很大的巡逻盲区，不能完全高效的进行区域巡逻，同时对于图像处理方法，尽管目前技术较为先进，识别率也很高，但是成本较为昂贵，增加后期维护成本，同时识别效率不是很高；同时在乒乓球馆中，存在一定的人员，而以往的设备无法识别人员的活动区域，容易造成人员与设备的碰撞。
随着智能控制理论和技术的飞速发展，智能地图构建方法在机器人领域飞速的发展，为陌生环境地图构建和自动控制提供了良好的基础，而现代对于智能机器人的要求也越加的迫切，为此在一定的理论基础上做出应用性的尝试。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种智能巡检拾取乒乓球的装置，实现对乒乓球馆的智能巡检。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种智能巡检拾取乒乓球的装置，包括小车，所述小车上安装有控制器、地图构建模块、抓取模块、识别定位模块和移动模块；所述控制器分别与地图构建模块、抓取模块和识别定位模块相连；所述控制器用于协调各个模块的工作；所述地图构建模块通过测距装置探测周围环境，对周围环境进行地图构建和对电动小车进行定位；所述识别定位模块用于识别出乒乓球及乒乓球所处的位置；所述抓取模块用于拾取乒乓球；所述移动模块用于根据识别定位模块识别出的乒乓球所述的位置带动小车移动到乒乓球附近以使得所述抓取模块拾取乒乓球。
所述地图构建模块在完成地图构建后还用于规划最优巡逻路线，所述控制器控制移动模块以最优巡逻路线带动小车运动。
所述地图构建模块通过激光雷达探测周围环境。
所述识别定位模块包括红外传感器和超声波雷达；所述红外传感器用于识别出乒乓球；所述超声波雷达用于判断乒乓球所处的位置是否在拾取范围内。
所述红外传感器共有三个，所述三个红外传感器两两之间的夹角为120度。
所述抓取模块包括机械手臂和舵机；所述舵机用于带动机械手臂；所述机械手臂上安装有压电薄膜；所述压电薄膜用于检测机械手臂拾取乒乓球时的夹力；所述控制器根据压电薄膜检测到的夹力控制所述机械手臂的力度。
所述小车上还安装有地磁感应模块，所述地磁感应模块用于检测场馆内的地磁线以确定人员活动范围。
所述控制器还通过无线传输协议与遥控装置相连。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：
本发明基于室内自动定位与地图构建和自动控制技术，实现对乒乓球馆的智能巡检，智能识别人员活动区域，防止人员的碰撞，尽量降低对人员活动的干扰，同时通过红外的智能形状识别与超声波雷达测距，可以识别出乒乓球的具体位置，配合小车上的机械手臂可以轻松的抓取乒乓球。
本发明可以很好的适用与乒乓球训练馆以及户外的乒乓球练习场地，无需提前知道场地的环境地图，完全可以快速的适用场地，建立高效的巡检方式，而且通过红外的智能识别系统可以高效的而且低成本的解决乒乓球的识别工作，可以控制机械手臂抓取乒乓球的力度，以防用力过大抓坏乒乓球，或者用力太小未抓牢乒乓球。
附图说明
图1是本发明的结构方框图；
图2是本发明超声波检测示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的实施方式涉及一种智能巡检拾取乒乓球的装置，包括小车，所述小车上安装有控制器、地图构建模块、抓取模块、识别定位模块和移动模块；所述控制器分别与地图构建模块、抓取模块和识别定位模块相连；所述控制器用于协调各个模块的工作；所述地图构建模块通过测距装置探测周围环境，对周围环境进行地图构建和对电动小车进行定位；所述识别定位模块用于识别出乒乓球及乒乓球所处的位置；所述抓取模块用于拾取乒乓球；所述移动模块用于根据识别定位模块识别出的乒乓球所述的位置带动小车移动到乒乓球附近以使得所述抓取模块拾取乒乓球。所述小车上还安装有地磁感应模块，所述地磁感应模块用于检测场馆内的地磁线以确定人员活动范围。
本实施方式中，地图构建模块采用激光雷达实现；识别定位模块由超声波雷达和红外传感器组成；抓取模块采用机械手臂装置，该机械手臂装置主要为2个舵机和一个机械夹，机械夹上安装有压电薄膜。移动模块采用直流电动机，直流电机直接与小车的驱动轮的轴相连，置于小车的底部，直流电机转动，则可以带动小车的轮子转动。通过控制器控制直流电机达到控制小车的行驶速度，并且控制小车的两个轮子旋转的速度不同，便可以控制小车进行转弯。控制器担任核心的判断识别控制和地图的构建处理工作，控制整个的系统的平稳高效的运行。
激光雷达主要是功能是探测周围环境，方便位置环境中的地图构建和小车的自我定位，并且在地图构建后自动规划最优巡逻的路线，使得控制器能够控制移动模块以最优巡逻的路线进行巡逻。
超声波雷达和红外传感器共同配合识别出乒乓球和判断其具体的位置，方便小车快速的抓取乒乓球。
地磁感应模块通过配合提前在场馆设置的地磁线，可以快速的判定人员活动区域，以防小车误闯。
所述控制器还通过无线传输协议与遥控装置相连，通过遥控装置可以提高小车的娱乐性，可以人为控制小车进行巡检或者乒乓球的抓取。
机械手臂装置主要是为了快速的抓取乒乓球，其中配合机械夹上的压电薄膜，可以很好的控制抓取力度，以免夹坏乒乓球。
本发明可以运用于完全陌生的环境中，通过地磁感应模块，人为限定出人员活动区域以后，在地上放置地磁线；也可以不做出限定，小车能够通过红外传感器自动避开；小车先开始进行地图构建和乒乓球的自动识别和抓取，然后通过构建好以后的地图可以快速的进行路线的规划，方便快速的高效的对整个场地进行巡检，拾取散落在地的乒乓球。
系统通过调用ROS中的第三方节点hector mapping，实现根据获取的激光雷达信息进行定位和地图构建的功能。通过平面布局，快速的来回和交叉巡检。
把三路E18-D80NK红外传感器和两路HC-SR04超声波雷达模块安装到可旋转的舵机上面，可以实现120度、半径约0.5米范围内的障碍物检测。三路红外模块随舵机转动寻球，当中间一路扫到有障碍物，而旁边两路没有扫到时，判断为检测到小球。然后驱动小车调整车身方向前去捡球，当前面两路超声波检测小球在可捡范围内，超声波检测示意如图2所示，放下机械爪抓取乒乓球。
由此可见，本发明在完成地图构建以后，采取高效率的交叉式巡逻方式，同时配合智能乒乓球识别和120度大角度的扫描巡检，可以快速的检测整个区域的散落乒乓球，并且配合机械爪抓取乒乓球。
为了避免在抓取的时候破坏乒乓球或者未抓牢乒乓球，此时在机械爪上内置一块PVDF压电薄膜；在抓取到小球时，压电薄膜此时处于乒乓球和机械夹的中间，当压力变化时，此时的电压也会随之发生变化，电压变化值传输到控制器，通过在控制器上提前在编写的控制力度范围，此时控制器可以根据电压变化值可以完美控制抓取力度，保护好乒乓球不受损害。
遥控装置通过手杆和操作按键给出速度和方向的控制量，通过NRF905射频模块的发送端把数据传输给小车的无线接收端，经单片机数据处理后驱动小车行驶和控制小车抓取乒乓球；同时也可以通过按键控制小车进行一键返回与自动捡球功能。
小车通过12860电池组进行供电，电池输出的电压经过LM2576降压模块稳压到12V给小车芯片还有电机和舵机驱动供电；为小车的活动提供能源。其中在电池输出模块上加装霍尔传感器，可以实时监测电池的输出电流，当小车电池电量不够时，小车可以及时的执行返航程序，进行无线充电，避免小车因为电池电量不足而停止工作。
不难发现，本发明可以很好的适用与乒乓球训练馆以及户外的乒乓球练习场地，无需提前知道场地的环境地图，完全可以快速的适用场地，建立高效的巡检方式，而且通过红外的智能识别系统可以高效的而且低成本的解决乒乓球的识别工作，可以控制机械手臂抓取乒乓球的力度，以防用力过大抓坏乒乓球，或者用力太小未抓牢乒乓球。

Claims (8)

1.一种智能巡检拾取乒乓球的装置，包括小车，其特征在于，所述小车上安装有控制器、地图构建模块、抓取模块、识别定位模块和移动模块；所述控制器分别与地图构建模块、抓取模块和识别定位模块相连；所述控制器用于协调各个模块的工作；所述地图构建模块通过测距装置探测周围环境，对周围环境进行地图构建和对电动小车进行定位；所述识别定位模块用于识别出乒乓球及乒乓球所处的位置；所述抓取模块用于拾取乒乓球；所述移动模块用于根据识别定位模块识别出的乒乓球所述的位置带动小车移动到乒乓球附近以使得所述抓取模块拾取乒乓球。
2.根据权利要求1所述的智能巡检拾取乒乓球的装置，其特征在于，所述地图构建模块在完成地图构建后还用于规划最优巡逻路线，所述控制器控制移动模块以最优巡逻路线带动小车运动。
3.根据权利要求1所述的智能巡检拾取乒乓球的装置，其特征在于，所述地图构建模块通过激光雷达探测周围环境。
4.根据权利要求1所述的智能巡检拾取乒乓球的装置，其特征在于，所述识别定位模块包括红外传感器和超声波雷达；所述红外传感器用于识别出乒乓球；所述超声波雷达用于判断乒乓球所处的位置是否在拾取范围内。
5.根据权利要求4所述的智能巡检拾取乒乓球的装置，其特征在于，所述红外传感器共有三个，所述三个红外传感器两两之间的夹角为120度。
6.根据权利要求1所述的智能巡检拾取乒乓球的装置，其特征在于，所述抓取模块包括机械手臂和舵机；所述舵机用于带动机械手臂；所述机械手臂上安装有压电薄膜；所述压电薄膜用于检测机械手臂拾取乒乓球时的夹力；所述控制器根据压电薄膜检测到的夹力控制所述机械手臂的力度。
7.根据权利要求1所述的智能巡检拾取乒乓球的装置，其特征在于，所述小车上还安装有地磁感应模块，所述地磁感应模块用于检测场馆内的地磁线以确定人员活动范围。
8.根据权利要求1所述的智能巡检拾取乒乓球的装置，其特征在于，所述控制器还通过无线传输协议与遥控装置相连。
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