CN107050782A - 基于arm的羽毛球捡球机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于ARM的羽毛球捡球机器人，包括在水平面上设置的铲球装置、竖直设置的传输装置和收集装置，铲球装置设置于底端，其出球端与传输装置的进球端相连接，所述传输装置出球端与收集装置相连接；该基于ARM的羽毛球捡球机器人能够收集、整理羽毛球，且性能稳定。

Description

基于ARM的羽毛球捡球机器人

技术领域

本发明属于智能控制技术领域，具体涉及基于ARM的羽毛球捡球机器人。

背景技术

在羽毛球训练过程中，发球机的使用已经非常普遍，羽毛球发球机普遍能够存储至180枚羽毛球，把这些球发射出去最快却只需要6分钟。从互联网可以知道，发球机使用时羽毛球需要球头朝下的方式去摆放后才能使用，因此在回收发出去的羽毛球就变得繁琐而费力。

市场上对于捡球机大多还是依靠人来操作，只是通过长柄省去人弯腰的动作，达到省力的目的，但这些捡球机却都是针对网球、乒乓球、高尔夫球等球形的球类的，而针对羽毛球这种异形球类的捡球机却鲜有出现，同时，一款能够完全解放人力的全自动羽毛球捡球机目前也没有出现。

无论是对羽毛球专业运动员，还是羽毛球初学者来说；在羽毛球训练过程中，真正耗费时间和体力的不是挥击球，而是不断地往返于球场的捡球动作，尤其对于新手，捡球无疑是最繁琐的事情；而对于专业运动员，雇佣人去专门进行捡拾、整理羽毛球无疑会增大训练成本；因此一种专门针对羽毛球的自动化捡球机器人的出现就十分必要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种基于ARM的羽毛球捡球机器人，该基于ARM的羽毛球捡球机器人能够收集、整理羽毛球，且性能稳定。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，基于ARM的羽毛球捡球机器人，包括在水平面上设置的铲球装置、竖直设置的传输装置和收集装置，铲球装置设置于底端，其出球端与传输装置的进球端相连接，所述传输装置出球端与收集装置相连接；

上述铲球装置由前到后包括捡球扫盘和铲斗，捡球扫盘包括扫球刷和设置于铲斗前端两侧的防护板，所述扫球刷的两端设置于对应的防护板上，且扫球刷以水平穿过其两端的中心线为旋转轴360度旋转，用于将羽毛球扫入铲斗中；所述铲斗的后端连接有与其相连通的暂存斗，所述暂存斗的后端为敞口状。

上述传输装置包括一竖直设置的环形传送带，所述传送带的下端设置于暂存斗的敞口处，所述传送带上间隔设置有用于挂起羽毛球的集球挂钩，传送带靠近暂存斗后端敞口处的一侧向上运动，以带动羽毛球向上运动，并在朝下运动时，将羽毛球送至收集装置。

还包括中央控制器，所述铲球装置、传输装置和收集装置均与中央控制器相连接，所述中央控制器用于控制它们动作。

进一步地，该扫球刷包括背向设置有两个毛刷，两个毛刷之间的夹角为180度，两个毛刷均设置固定于一可旋转固定杆上，固定杆的两端设置于对应的防护板上，其中一端安装有扫盘驱动器，扫盘驱动器用于带动固定杆旋转。

进一步地，该传输装置还包括用于带动传送带传输的上传输轮和下传输轮，所述上传输轮和下传输轮对应设置于一竖直立板的上端和下端。

进一步地，该以靠近暂存斗后端敞口处的一侧的传送带为基准，在该侧传送带上，集球挂钩由与传送带的接触端到头端向上倾斜设置，且其头端朝向传送带侧弯曲。

进一步地，该暂存斗的底板与铲斗的底板相连接，且暂存斗的底板由前到后向下倾斜设置。

进一步地，该收集装置包括多个环形设置的集球桶，集球桶内用于盛放收集的羽毛球，多个所述集球桶均设置于转台上。

进一步地，该收集装置的上方还设置有集球器，所述集球器用于接收并缓存传送带传输的羽毛球，并使羽毛球掉落于对应的集球桶内；集球器为一上下敞口的筒体。

进一步地，该立板上，且靠近上传输轮下方设置有计数器。

进一步地，该铲球装置、传输装置和收集装置均设置于水平底板上，所述水平底板的下部由前到后间隔安装有驱动轮和万向轮。

进一步地，该还包括设置于水平底板上的陀螺仪模块，陀螺仪模块与中央控制器相连接。

本发明基于ARM的羽毛球捡球机器人具有如下优点：1.在回收羽毛球的基础上能够对收集到的羽毛球进行简单整理，将羽毛球自动摆放整齐。2.能够通过遥控的方式对捡球机器人的行进、转弯、回收动作进行控制，可以人为选择手动、自动工作方式。3.捡球机器人具有自动运行能力，可以在无人监控的情况下完成预设捡球任务，可以对工作区域进行规划。4.实现捡拾羽毛球功能并能够通过传感器对回收到的羽毛球进行计数。

附图说明

图1是本发明基于ARM的羽毛球捡球机器人的结构示意图。

其中：1.万向轮；2.球桶驱动器；3.陀螺仪模块；4.中央控制器；5.水平底板；6.集球桶；7.立板；8.竖桶支架；9.球桶限位开关；10.集球器；11.计数器；12.传送带驱动；13.集球挂钩；14.传送带；15.铲斗；16.捡球扫盘；17.扫盘驱动器；18.驱动轮；19.扫球刷；20.防护板；21.暂存斗。

具体实施方式

本发明基于ARM的羽毛球捡球机器人，如图1所示，包括在水平面上设置的铲球装置、竖直设置的传输装置和收集装置，铲球装置设置于底端，其出球端与传输装置的进球端相连接，传输装置出球端与收集装置相连接，还包括中央控制器4，铲球装置、传输装置和收集装置均与中央控制器4相连接，中央控制器4用于控制它们动作。选择STM32F103系列芯片作为中央控制器4。水平底板5上设置有陀螺仪模块3，陀螺仪模块3与中央控制器4相连接。基于ARM的羽毛球捡球机器人通过HMC5583L磁力计模块检测航向角确定机器人方向，以及控制机器人旋转。通过IIC通信协议，中央控制器4从磁力计取得绝对角度数据数据，从编码器中获得相对角度数据，依据这些数据，中央控制器4控制基于ARM的羽毛球捡球机器人完成自动运行过程中的旋转过程。

采用的铲球装置由前到后包括捡球扫盘16和铲斗15，捡球扫盘16包括扫球刷19和设置于铲斗15前端两侧的防护板20，扫球刷19的两端设置于对应的防护板20上，且所述扫球刷19以水平穿过其两端的中心线为旋转轴360度旋转，用于将羽毛球扫入铲斗15中；铲斗15的后端连接有与其相连通的暂存斗21，暂存斗21的后端为敞口状。暂存斗21的底板与铲斗15的底板相连接，且暂存斗21的底板由前到后向下倾斜设置。扫球刷19将羽毛球经铲斗15扫进暂存斗21中，由传输装置将羽毛球输送走。防护板20的内侧设置有颜色传感器，用于将白色羽毛球和其他颜色的杂物识别出来，以将杂物避开，而只捡拾羽毛球。

根据多次试验，设计出的扫球刷19包括背向设置有两个毛刷，两个毛刷之间的夹角为180度，且每个毛刷的前端均能贴于地面，在实际使用过程中，这样的设计方式，能够避免出现羽毛球随着毛刷被重新带出的情况。两个毛刷均设置固定于一可旋转固定杆上，固定杆的两端设置于对应的防护板20上，其中一端安装有扫盘驱动器17，扫盘驱动器17用于带动固定杆旋转。根据现场的实际情况，可以调节扫盘驱动器17的转动频率。

本发明中采用的传输装置包括一竖直设置的环形传送带14，传送带14的下端设置于暂存斗21的敞口处，传送带14上间隔设置有用于挂起羽毛球的集球挂钩13，传送带14靠近暂存斗21后端敞口处的一侧向上运动，以带动羽毛球向上运动，并在朝下运动时，将羽毛球送至收集装置。传输装置还包括用于带动传送带14传输的上传输轮和下传输轮，上传输轮和下传输轮对应设置于一竖直立板7的上端和下端。上传输轮上安装有传送带驱动12，为上传输轮提供动力，以带动传送带14转动。使用360°舵机作为传送带驱动电机，不需要额外驱动电路。

为了实现传送带14收集传输羽毛球，以靠近暂存斗2后端敞口处的一侧的传送带14为基准，在该侧传送带14上，集球挂钩13由与传送带的接触端到头端向上倾斜设置，且其头端朝向传送带侧弯曲。在实际工作过程中，集球挂钩13挑起羽毛球，且不会出现掉落。传送带14经过上传输轮后，在另一侧，对应处的集球挂钩13此时为向下倾斜，羽毛球脱落，进入收集装置。立板7上，且靠近上传输轮下方设置有计数器11，统计收集的羽毛球的个数。计数器11使用激光发生器和光敏电阻组成光电门，当羽毛球通过时会挡住激光，使光敏电阻阻值发生改变，达到检测的目的。激光亮度高，不易受到环境干扰。集球挂钩13的设计直接关系到整理功能能否正常运行，在试验中，为提高工作效率，最初将集球挂钩13设计为并列的两排，但在实际进行测试时，这样的设计方式，羽毛球在运送到顶点下落时不易与集球挂钩13脱离。集球挂钩13设计为本发明中的方式，在实际测试中，易于脱落，满足收集的功能。

该收集装置包括多个环形设置的集球桶6，集球桶6内用于盛放收集的羽毛球，多个集球桶6均设置于集球桶支架8内，并设置于转台上。转台上设置有球筒驱动器2，以带动转台转动。收集装置的上方还设置有集球器10，集球器10用于接收并缓存传送带14传输的羽毛球，并使羽毛球掉落于对应的集球桶6内；集球器10为一上下敞口的筒体。当一个集球桶6收集满时，转台带动，使另一集球桶6位于集球器10下方。集球桶支架8上设置有球桶限位开关9，使集球桶6能旋转到位。工作原理是使用光电门检测转盘上的黑色阻光带，当光电门间被阻光带遮挡时，光电门OUT端输出低电平，这样就能够通过外部中断触发信号来控制舵机停止转动，调节光电门放置位置，让集球桶6停止在与传送带14一致的位置，达到限位的效果。

本发明中的基于ARM的羽毛球捡球机器人适于羽毛球球场现场，能够自动收集，故将铲球装置、传输装置和收集装置均设置于水平底板5上，水平底板5的下部由前到后间隔安装有驱动轮18和万向轮1。驱动轮18采用东芝TB6560步进电机驱动芯片，测试时基本不发热，且使用TB6560驱动芯片驱动4线2相步进电机时，可以通过硬件对步进电机不同工作状态的具体情况进行设置，同时使用该驱动芯片可以使用脉冲信号驱动步进电机，编程时较L298N不需要使用中断，可以有效降低程序运行混乱。

本发明基于ARM的羽毛球捡球机器人实现对回收的羽毛球进行整理的工作原理是将羽毛球运送到高处，利用羽毛球下落时球头朝下的原理，让羽毛球自动落入集球桶6中，最终羽毛球会球头朝下整齐叠放在集球桶6中。

本发明基于ARM的羽毛球捡球机器人，还可以采用手机端APP，使用蓝牙串口与手机通信，使用手机端可以控制基于ARM的羽毛球捡球机器人移动、回收羽毛球、选择工作模式。蓝牙与单片机USART1端口连接，波特率9600bit/s，8位数据位，1位停止位，0位奇偶校验位。当收到来自手机的控制指令后，在串口中断中判断指令内容修改相应标志位或执行相应子程序。

本发明基于ARM的羽毛球捡球机器人工作过程如下：启动该基于ARM的羽毛球捡球机器人，在所规定的场所进行自主搜寻，通过颜色传感器区分杂物和羽毛球，只捡拾白色的羽毛球。扫球刷19将羽毛球扫入铲斗15中，并进入暂存斗21中，集球挂钩13挂起暂存斗21中的羽毛球，在传送带14的传送下，羽毛球越过上传输轮，在重力的作用下，自动跌落到下方的集球器10中，然后跌入集球桶6中，同时会自动转为头下毛上的状态，集球桶6每满一桶，会自动旋转切换到下一个空的集球桶6的位置，方便剩下的羽毛球收集。

Claims (10)

1.基于ARM的羽毛球捡球机器人，其特征在于，包括在水平面上设置的铲球装置、竖直设置的传输装置和收集装置，所述铲球装置设置于底端，其出球端与传输装置的进球端相连接，所述传输装置出球端与收集装置相连接；

所述铲球装置由前到后包括捡球扫盘(16)和铲斗(15)，所述捡球扫盘(16)包括扫球刷(19)和设置于铲斗(15)前端两侧的防护板(20)，所述扫球刷(19)的两端设置于对应的防护板(20)上，且所述扫球刷(19)以水平穿过其两端的中心线为旋转轴360度旋转，用于将羽毛球扫入铲斗(15)中，所述铲斗(15)的后端连接有与其相连通的暂存斗(21)，所述暂存斗(21)的后端为敞口状；

所述传输装置包括一竖直设置的环形传送带(14)，所述传送带(14)的下端设置于暂存斗(21)的敞口处，所述传送带(14)上间隔设置有用于挂起羽毛球的集球挂钩(13)，所述传送带(14)靠近暂存斗(21)后端敞口处的一侧向上运动，以带动羽毛球向上运动，并在朝下运动时，将羽毛球送至收集装置；

还包括中央控制器(4)，所述铲球装置、传输装置和收集装置均与中央控制器(4)相连接，所述中央控制器(4)用于控制它们动作。

2.按照权利要求1所述的基于ARM的羽毛球捡球机器人，其特征在于，所述扫球刷(19)包括背向设置有两个毛刷，两个毛刷之间的夹角为180度，两个毛刷均设置固定于一可旋转固定杆上，所述固定杆的两端设置于对应的防护板(20)上，其中一端安装有扫盘驱动器(17)，所述扫盘驱动器(17)用于带动固定杆旋转。

3.按照权利要求2所述的基于ARM的羽毛球捡球机器人，其特征在于，所述传输装置还包括用于带动传送带(14)传输的上传输轮和下传输轮，所述上传输轮和下传输轮对应设置于一竖直立板(7)的上端和下端。

4.按照权利要求1、2或3所述的基于ARM的羽毛球捡球机器人，其特征在于，以靠近暂存斗(2)后端敞口处的一侧的传送带(14)为基准，在该侧传送带(14)上，所述集球挂钩(13)由与传送带的接触端到头端向上倾斜设置，且其头端朝向传送带侧弯曲。

5.按照权利要求4所述的基于ARM的羽毛球捡球机器人，其特征在于，所述暂存斗(21)的底板与铲斗(15)的底板相连接，且所述暂存斗(21)的底板由前到后向下倾斜设置。

6.按照权利要求5所述的基于ARM的羽毛球捡球机器人，其特征在于，所述收集装置包括多个环形设置的集球桶(6)，所述集球桶(6)内用于盛放收集的羽毛球，多个所述集球桶(6)均设置于转台上。

7.按照权利要求5或6所述的基于ARM的羽毛球捡球机器人，其特征在于，所述收集装置的上方还设置有集球器(10)，所述集球器(10)用于接收并缓存传送带(14)传输的羽毛球，并使羽毛球掉落于对应的集球桶(6)内；所述集球器(10)为一上下敞口的筒体。

8.按照权利要求7所述的基于ARM的羽毛球捡球机器人，其特征在于，所述立板(7)上，且靠近上传输轮下方设置有计数器(11)。

9.按照权利要求8所述的基于ARM的羽毛球捡球机器人，其特征在于，所述铲球装置、传输装置和收集装置均设置于水平底板(5)上，所述水平底板(5)的下部由前到后间隔安装有驱动轮(18)和万向轮(1)。

10.按照权利要求1、2或3所述的基于ARM的羽毛球捡球机器人，其特征在于，还包括设置于水平底板(5)上的陀螺仪模块(3)，所述陀螺仪模块(3)与中央控制器(4)相连接。