CN107137890A - 一种基于图像识别的智能网球拾取机器人 - Google Patents

一种基于图像识别的智能网球拾取机器人 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于图像识别的智能网球拾取机器人，利用视觉识别系统对网球进行精确的图像识别，避免了误判而拾取到杂物。通过中央控制系统智能控制实现机器人移动、捡球和卸球，提高了捡球效率。另外，本发明控制模式有三种，包括全自动模式、半自动模式和全手动模式，用户可以根据实际情况选择合适的控制模式操作机器人，这样大大提高了使用的灵活性。

Description

一种基于图像识别的智能网球拾取机器人
技术领域
本发明涉及智能机器人技术领域，尤其涉及一种基于图像识别的智能网球拾取机器人。
背景技术
随着社会的发展和进步，网球运动开始普及，网球运动爱好者也是随之逐年递增。但是，在网球运动过程中不可避免需要人工捡球，而捡球的过程会造成时间的浪费和体力的消耗。
虽然目前有捡球装置的出现，但是存在难以拾取死角位置网球、误判拾取到杂物、捡球效率低、控制方式单一的问题，无法实现基于精确的图像识别智能拾取网球的功能。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于图像识别的智能网球拾取机器人。
本发明解决其问题所采用的技术方案是：
包括视觉识别处理系统，中央控制系统，传感信息系统，远程控制系统，执行系统和电源系统，所述视觉识别处理系统包括USB摄像头、Wi-Fi无线模块、PC机，所述中央控制系统包括主控芯片和驱动模块，所述传感信息系统包括加速度计陀螺仪模块、霍尔测速模块、霍尔传感器模块、红外传感模块和物理碰撞模块，所述远程控制系统包括终端APP和蓝牙无线模块，所述执行系统包括机械臂、移动轮和储卸球装置，其中储卸球装置包括步进电机、丝杆升降机构、储球仓和仓门挡板，所述电源系统包括电池组和稳压电源模块；所述视觉识别处理系统通过图像识别处理成坐标信息，所述中央控制系统将接收到的坐标信息传输到传感信息系统，所述传感信息系统对执行系统进行智能控制实现机器人移动、捡球和卸球，所述远程控制系统发送指令通过串口协议传输给中央控制系统，所述电源系统提供稳定的电源。
进一步地，所述USB摄像头实时采集前方场地视频数据，所述Wi-Fi模块与USB 接口连接将视频数据传输到PC机，所述PC机处理图像后返回的识别坐标信息传输到主控芯片。
进一步地，所述主控芯片处理Wi-Fi模块和蓝牙模块收到的数据后判断需要控制的驱动模块，所述驱动模块包括一号PWM驱动模块、二号PWM驱动模块、直流电机驱动模块和步进电机驱动模块。
进一步地，所述主控芯片根据加速度计陀螺仪模块和霍尔测速模块的数据结合PID算法通过IIC协议改变一号PWM驱动模块的各路PWM信号的输出，再通过直流电机驱动模块控制各个移动轮，实现机器人移动；所述主控芯片通过IIC协议改变二号PWM驱动模块的各路PWM信号的输出，从而控制机械臂的各个舵机的角度，实现机器人捡球；所述主控芯片通过控制步进电机驱动模块控制储卸球装置的步进电机，进而带动丝杆升降机构，使储球仓上升，实现机器人卸球。
进一步地，所述加速度计陀螺仪模块采集机器人的角度以及角速度，所述霍尔测速模块采集各个移动轮的方向和速度，所述红外传感模块检测寻找返回路径的红外光强度，所述物理碰撞模块监测机器人是否触碰到卸球的装置，所述霍尔传感器模块监测卸球时储球仓的高度。
进一步地，所述机械臂包括一号舵机、二号舵机、三号舵机、四号舵机、小臂、大臂和机械手，所述一号舵机控制机械臂的水平旋转角度，二号舵机和三号舵机分别控制机械臂的大臂和小臂，四号舵机控制机械手的开合；所述移动轮包括直流减速电机、麦克纳姆轮和联轴器，所述直流减速电机和麦克纳姆轮通过联轴器相连接，所述麦克纳姆轮的特殊结构支持任意水平方向移动；所述储卸球装置的步进电机控制丝杆升降机构实现储球仓上升和下降。
进一步地，所述储球仓上升超过仓门挡板的高度时，储球仓的仓门掉下打开，实现卸球；所述储球仓下降到限位结构的高度时，仓门挡板会顶住储球仓的仓门，使仓门关闭，实现储球。
进一步地，所述终端APP通过连接蓝牙无线模块向机器人发送切换模式指令和移动控制指令，所述蓝牙无线模块把接收到的指令通过串口协议传输给主控芯片。
本发明的有益效果是：本发明采用的一种基于图像识别的智能网球拾取机器人，利用视觉识别系统对网球进行精确的图像识别，避免了误判而拾取到杂物。通过中央控制系统智能控制实现机器人移动、捡球和卸球，提高了捡球效率。另外，本发明控制模式有三种，包括全自动模式、半自动模式和全手动模式，用户可以根据实际情况选择合适的控制模式操作机器人，这样大大提高了使用的灵活性。
附图说明
图1是本发明俯视图；
图2是本发明仰视图；
图3是本发明侧视图；
图4是本发明后视图；
图5是本发明机器臂的结构示意图。
图中标号：1- Wi-Fi无线模块；2-步进电机驱动模块；3-物理碰撞模块；4-红外传感模块；5-一号PWM驱动模块；6-二号PWM驱动模块；7-霍尔测速模块；8-直流减速电机；9-联轴器；10-麦克纳姆轮；11-主控芯片；12-蓝牙无线模块；13-直流电机驱动模块；14-电池组；15-加速度计陀螺仪模块；16-稳压电源模块；17-机械手；18-四号舵机；19-二号舵机；20-大臂；21-小臂；22-三号舵机；23-一号舵机；24-步进电机；25-丝杆升降机构；26-USB摄像头；27-霍尔传感器模块；28-储球仓；29-仓门挡板。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。
如图1- 图5，本发明的一种基于图像识别的智能网球拾取机器人, 包括视觉识别处理系统，中央控制系统，传感信息系统，远程控制系统，执行系统和电源系统，所述视觉识别处理系统包括USB摄像头26、Wi-Fi无线模块1、PC机（图未示出），所述中央控制系统包括主控芯片11和驱动模块，所述传感信息系统包括加速度计陀螺仪模块15、霍尔测速模块7、霍尔传感器模块27、红外传感模块4和物理碰撞模块3，所述远程控制系统包括终端APP（图未示出）和蓝牙无线模块12，所述执行系统包括机械臂、移动轮和储卸球装置，其中储卸球装置包括步进电机24、丝杆升降机构25、储球仓28和仓门挡板29，所述电源系统包括电池组14和稳压电源模块16；所述视觉识别处理系统通过图像识别处理成坐标信息，所述中央控制系统将接收到的坐标信息传输到传感信息系统，所述传感信息系统对执行系统进行智能控制实现机器人移动、捡球和卸球，所述远程控制系统发送指令通过串口协议传输给中央控制系统，所述电源系统提供稳定的电源。
如图1-图4，所述USB摄像头26实时采集前方场地视频数据，所述Wi-Fi无线模块1与USB 接口连接将视频数据传输到PC机，所述PC机处理图像后返回的识别坐标信息传输到主控芯片11。
如图1-图4，所述主控芯片11根据加速度计陀螺仪模块15和霍尔测速模块7的数据结合PID算法通过IIC协议改变一号PWM驱动模块5的各路PWM信号的输出，再通过直流电机驱动模块13控制各个移动轮，实现机器人移动；所述主控芯片11通过IIC协议改变二号PWM驱动模块6的各路PWM信号的输出，从而控制机械臂的拾取动作，实现机器人捡球；所述主控芯片11通过控制步进电机驱动模块2控制储卸球装置的步进电机24，进而带动丝杆升降机构25，使储球仓28上升，实现机器人卸球。
如图1-图4，所述加速度计陀螺仪模块15采集机器人的角度以及角速度，所述霍尔测速模块7采集各个移动轮的方向和速度，所述红外传感模块4检测寻找返回路径的红外光强度，所述物理碰撞模块3监测机器人是否触碰到卸球的装置，所述霍尔传感器模块27监测卸球时储球仓28的高度。
如图5，所述一号舵机23控制机械臂的水平旋转角度，二号舵机19和三号舵机22分别控制机械臂的大臂21和小臂20，四号舵机18控制机械手的开合。
如图1-图2，所述移动轮包括直流减速电机8、麦克纳姆轮10和联轴器9，所述直流减速电机8和麦克纳姆轮10通过联轴器9相连接，所述麦克纳姆轮10的特殊结构支持任意水平方向移动。
如图3-图4，所述储卸球装置的步进电机24控制丝杆升降机构25实现储球仓28上升和下降，所述储球仓28上升超过仓门挡板29的高度时，储球仓28的仓门掉下打开，实现卸球；所述储球仓28下降到限位结构的高度时，仓门挡板29会顶住储球仓28的仓门，使仓门关闭，实现储球。
如图2，所述终端APP通过连接蓝牙无线模块12向机器人发送切换模式指令和移动控制指令，所述蓝牙无线模块12把接收到的指令通过串口协议传输给主控芯片11。
本发明有三种控制模式的实施例，包括全自动模式、半自动模式和全手动模式。
在全自动模式中，USB摄像头26把实时视频数据通过Wi-Fi无线模块1无线传输回PC机，PC机对图像数据进行处理识别，再通过Wi-Fi无线模块1把坐标信息传输给主控芯片11，主控芯片11根据接收到的不同坐标信息进行处理，传感信息系统对执行系统进行智能控制，实现全自动智能拾取网球，当储卸球装置内的网球达到预设数量时，机器人根据自动传感信息系统中的红外传感模块4自动计算返回卸球篮子的路径，当物理碰撞模块3检测到触碰卸球篮子信号之后，机器人开始把储卸球装置内的网球卸到篮子里，然后再回到捡球区域继续下一轮捡球。
在半自动模式中，通过终端APP远程控制机器人移动到网球附近，USB摄像头26会把实时视频数据通过Wi-Fi无线模块1无线传输回PC机，PC机对图像数据进行处理识别，再通过Wi-Fi无线模块1把坐标信息传输给主控芯片11，如果判定网球在机械臂可抓取的范围内，主控芯片11会控制机械臂对网球进行抓取，并放置到储卸球装置中。当储卸球装置中的网球达到一定数量，通过终端APP控制机器人回到卸球区域把球卸到篮子里。
在全手动模式中，通过终端APP远程控制机器人的所有操作，包括机器人的移动、机械臂的移动和拾取、储卸球装置的装卸，实现对目标物体的抓取和装卸。
以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于图像识别的智能网球拾取机器人，包括视觉识别处理系统，中央控制系统，传感信息系统，远程控制系统，执行系统和电源系统，其特征在于：所述视觉识别处理系统包括USB摄像头、Wi-Fi无线模块、PC机，所述中央控制系统包括主控芯片和驱动模块，所述传感信息系统包括加速度计陀螺仪模块、霍尔测速模块、霍尔传感器模块、红外传感模块和物理碰撞模块，所述远程控制系统包括终端APP和蓝牙无线模块，所述执行系统包括机械臂、移动轮和储卸球装置，其中储卸球装置包括步进电机、丝杆升降机构、储球仓和仓门挡板，所述电源系统包括电池组和稳压电源模块；所述视觉识别处理系统通过图像识别处理成坐标信息，所述中央控制系统将接收到的坐标信息传输到传感信息系统，所述传感信息系统对执行系统进行智能控制实现机器人移动、捡球和卸球，所述远程控制系统发送指令通过串口协议传输给中央控制系统，所述电源系统提供稳定的电源。
2.根据权利要求1所述的一种基于图像识别的智能网球拾取机器人，其特征在于：所述USB摄像头实时采集前方场地视频数据，所述Wi-Fi模块与USB 接口连接将视频数据传输到PC机，所述PC机处理图像后返回的识别坐标信息传输到主控芯片。
3.根据权利要求1所述的一种基于图像识别的智能网球拾取机器人，其特征在于：所述主控芯片处理收到的数据后判断需要控制的驱动模块，所述驱动模块包括一号PWM驱动模块、二号PWM驱动模块、直流电机驱动模块和步进电机驱动模块。
4.根据权利要求3所述的一种基于图像识别的智能网球拾取机器人，其特征在于：所述主控芯片根据加速度计陀螺仪模块和霍尔测速模块的数据结合PID算法通过IIC协议改变一号PWM驱动模块的各路PWM信号的输出，再通过直流电机驱动模块控制各个移动轮，实现机器人移动；所述主控芯片通过IIC协议改变二号PWM驱动模块的各路PWM信号的输出，从而控制机械臂的拾取动作，实现机器人捡球；所述主控芯片通过控制步进电机驱动模块控制储卸球装置的步进电机，进而带动丝杆升降机构，使储球仓上升，实现机器人卸球。
5.根据权利要求1所述的一种基于图像识别的智能网球拾取机器人，其特征在于：所述加速度计陀螺仪模块采集机器人的角度以及角速度，所述霍尔测速模块采集各个移动轮的方向和速度，所述红外传感模块检测寻找返回路径的红外光强度，所述物理碰撞模块监测机器人是否触碰到卸球的装置，所述霍尔传感器模块监测卸球时储球仓的高度。
6.根据权利要求1所述的一种基于图像识别的智能网球拾取机器人，其特征在于：所述机械臂包括一号舵机、二号舵机、三号舵机、四号舵机、小臂、大臂和机械手，所述一号舵机控制机械臂的水平旋转角度，二号舵机和三号舵机分别控制机械臂的大臂和小臂，四号舵机控制机械手的开合；所述移动轮包括直流减速电机、麦克纳姆轮和联轴器，所述直流减速电机和麦克纳姆轮通过联轴器相连接，所述麦克纳姆轮的特殊结构支持任意水平方向移动；所述储卸球装置的步进电机控制丝杆升降机构实现储球仓上升和下降。
7.根据权利要求6所述的一种基于图像识别的智能网球拾取机器人，其特征在于：所述储球仓上升超过仓门挡板的高度时，储球仓的仓门掉下打开，实现卸球；所述储球仓下降到限位结构的高度时，仓门挡板会顶住储球仓的仓门，使仓门关闭，实现储球。
8.根据权利要求1所述的一种基于图像识别的智能网球拾取机器人，其特征在于：所述终端APP通过连接蓝牙无线模块向机器人发送切换模式指令和移动控制指令，所述蓝牙无线模块把接收到的指令通过串口协议传输给主控芯片。
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