CN107510931A - 一种智能自动球类拣球机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种智能自动球类拣球机，包括机身(3)以及设置在机身(3)上的行走单元、动作单元和控制单元，行走单元用于驱动拣球机运动，动作单元包括从前到后依次设置在机身(3)上的导球组件、拣球组件和收球组件，控制单元包括控制器、视觉传感器和重力传感器，行走单元、同步带机构、视觉传感器和重力传感器均与控制器通讯连接。与现有技术相比，本发明具有自动化程度高，工作可靠稳定，不易卡球、伤球，连续作业性能好，适应性广等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种拣球机，尤其是涉及一种智能自动球类拣球机。
背景技术
随着球类运动的不断普及，越来越多的运动爱好者开始投身于球类运动中来，而在球类训练时，球的使用量非常大，频繁捡起随机散落在很大范围内的球是一件耗时耗力的工作，且不是每个人都能像专业运动员一样拥有属于自己的陪练，因此为了解决上述问题，设计了高效的自动捡球机会为训练者们提供便利，节省时间。
手动球类捡球机已经存在了，但还是需要有专门的人来操作，并不能根本解决实际问题，能够自动化进行捡球作业的捡球机是一种较为理想的替代陪练的工具，但是现在的自动捡球机普遍存在智能话程度低、运行可靠性差等问题，使得自动捡球作业不能顺畅的完成，需要经常进行人工干涉加以修正，加之现在已有的自动捡球机是扇片式的拣球机，在捡球过程中必然会出现球类停在挡板下方的情况，这会导致捡球机被卡住的情况，进而造成电机烧毁等严重后果，这大大增加了自动捡球作业的不稳定性，而且目前的捡球机只能将球类捡起，而不能对球类分拣，极大地限制了适用范围。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种智能自动球类拣球机。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种智能自动球类拣球机，包括机身以及设置在机身上的行走单元、动作单元和控制单元，所述的行走单元用于驱动拣球机运动，所述的动作单元包括从前到后依次设置在机身上的导球组件、拣球组件和收球组件，所述的导球组件用于在拣球机运动过程中将运行路径上的球类导向拣球组件，所述的拣球组件包括提升式球道以及设置在提升式球道上方的同步带机构，提升式球道与导球组件连通，同步带机构的同步带上沿同步带长度方向设有多个收集扇片，所述的收集扇片与提升式球道相匹配，所述的收球组件包括一顶部敞口的球框；
所述的控制单元包括控制器、视觉传感器和重力传感器，所述的行走单元、同步带机构、视觉传感器和重力传感器均与控制器通讯连接；
所述的视觉传感器用于检测待拣球类位置以及识别待拣球类形状，并将待拣球类的位置信息和形状信息输送至控制器，控制器根据待拣球类的形状信息判断其是否可以循环使用，若该待拣球类可以循环使用，则控制器控制行走单元驱动拣球机向该待拣球类运动，并控制同步带机构动作，将该待拣球类拣起，若该待拣球类不可以循环使用，则控制器标记该待拣球类位置信息，并在后续拣球作业中忽略该待拣球类，直至拣球作业结束，所述的重力传感器用于检测球框内收集的球类的重量，控制器根据球类重量判断球框是否满载。
优选地，当待拣球类可以循环使用时，控制器控制行走组件驱动拣球机向该待拣球类运动过程中，视觉传感器持续检测该待拣球类的位置，并将其位置信息传输至控制器，用以修正拣球机的运行路线。
优选地，所述的导球组件包括收容滑道和导球杆机构，所述的收容滑道设置在机身前部，所述的导球杆机构包括连接在收容滑道前端两侧并向机身外部伸出的两个导球杆，两个导球杆呈张开状，自由端设有辅助轮。
优选地，所述的导球杆与收容滑道铰接，使导球杆可在垂直于机身方向上摆动。
优选地，所述的提升式球道包括并排设置的多个球类上升式通道，所述的球类上升式通道顶部敞口，前端与收容滑道连通，后端设置在球框上方。
优选地，所述的同步带机构包括用于将同步带撑开呈三角形的三根同步带轴、并排套设在三根同步带轴上的多个同步带以及用于驱动同步带动作的同步带驱动电机，三角形同步带的一个底边与球类上升式通道平行。
优选地，三角形同步带为钝角三角形同步带，并且与钝角相对的一个边朝上设置。
优选地，所述的收集扇片为非金属弹性扇片。
优选地，所述的收球组件还包括用于放置球框并与球框可拆卸连接的球框放置槽，所述的球框放置槽设置在机身上，球框放置槽的后部和顶部敞口，球框放置槽的两个相对的内侧壁上设有导向筋和弹簧卡块，所述的导向筋用于引导球框从后部滑入球框放置槽中，球框侧壁上相应的位置处设有与导向筋相匹配的导向凹槽，球框在滑入球框放置槽过程中将弹簧卡块下压，球框到位后弹簧卡块弹起，阻止球框滑出。
优选地，所述的行走单元包括设置在机身前端底部的两个万向轮、设置在机身后端底部的两个麦克纳姆轮，两个麦克纳姆轮分别通过步进电机驱动。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)导球组件使本拣球机在拣球时具备高效和不易遗漏的特点。
(2)通过设置三角形同步带，并将其设置为钝角三角形同步带，同时将与钝角相对的一个边朝上设置，使得收集扇片经过提升式球道前端上方时，收集扇片与提升式球道的角度由大变小，不容易卡球，而且进一步地，通过将收集扇片设置为非金属弹性扇片，即使出现小概率的卡球事故，收集扇片也很容易通过变形掠过球类的上方，避免卡死。
(3)通过将导球杆与收容滑道铰接，使导球杆可在垂直于机身方向上摆动，从而实现导球组件对地面的良好匹配。
(4)通过设置麦克纳姆轮，并且每个麦克纳姆轮单独驱动，再配合以万向轮，使得该拣球机的灵活程度大大提高，克服了狭窄空间中捡拾困难的问题，进而可以进一步提高拣球效率。
(5)通过将球框与球框放置槽可拆卸连接，使得本发明可以很容易将球框中的球倒出，并且可以快速更换球框，连续作业性能好。进一步地，还可以方便地与机械手配合，实现整个拣球过程的全自动化。
(6)视觉传感器通过识别球类颜色确定目标位置，简单可靠，并通过识别球类形状判断是否损坏(损坏时无法循环使用)，实现了对“可以循环使用的球类”和“不可以循环使用的球类”进行分拣(即拣起可以循环使用的球类)的功能，避免了将损坏的球类再次被拣起并最终送到运动爱好者手中，造成对运动爱好者运动过程的干扰。
(7)适应性广，根据球类大小设置相应部件，可以实现对网球、乒乓球、足球、篮球等球类的自动化拣球作业。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的主视结构示意图；
图3为本发明的俯视图结构示意图；
图4为本发明的收球组件的结构示意图；
图5为本发明的收球组件的局部结构示意图。
图中，其中，1为辅助轮，2为收球杆，3为机身，4为直流电机，5为收集扇片，6为同步带，7为麦克纳姆轮，8为球筐，9为提升式球道，10为步进电机， 11为控制器，12为万向轮，13为收容滑道，14为第一从动轴，15为第二从动轴， 16为球道侧挡板，17为球道支架，18为球道底档板，19为主动轴，20为万向轮座，21为联轴器，22为球框放置槽，23为轴承座，24为导向筋，25为弹簧卡块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种智能自动球类拣球机，包括机身3以及设置在机身3上的行走单元、动作单元和控制单元，行走单元用于驱动拣球机运动，动作单元包括从前到后依次设置在机身3上的导球组件、拣球组件和收球组件，导球组件用于在拣球机运动过程中将运行路径上的球类导向拣球组件，拣球组件包括提升式球道9以及设置在提升式球道9上方的同步带机构，提升式球道9与导球组件连通，同步带机构的同步带6 上沿同步带6长度方向设有多个收集扇片5，收集扇片5与提升式球道9相匹配，收球组件包括一顶部敞口的球框8。
具体地，本实施例中，如图1所示，行走单元包括设置在机身3前端底部的两个万向轮12、设置在机身3后端底部的两个麦克纳姆轮7，每个麦克纳姆轮7均由步进电机10驱动，步进电机10的输出轴依次经过联轴器21和轴承座23与麦克纳姆轮7连接。麦克纳姆轮7通过差速控制可以实现各个角度的转动，行走路径为最优，并且为机身的运动提供动力，根据麦克纳姆轮7的特殊构造，可以在不同差速配合下，使自动球类捡球机实现前进、后退、左平移、右平移等全方向的运动，还可以进行任何角度的水平移动，使得捡球机的灵活程度大大提高。麦克纳姆轮7 还可以实现捡球机的原地转向，使捡球机到位后迅速旋转，正面朝向球类，可以实现行走路径最优。万向轮12通过万向轮座固定在机身3上，起到辅助支撑和运动作用。
如图1～3所示，导球组件包括收容滑道13和导球杆机构，收容滑道13设置在机身前部，导球杆机构包括连接在收容滑道13前端两侧并向机身外部伸出的两个导球杆2，两个导球杆2呈张开状，自由端设有辅助轮1，导球杆2与收容滑道13 铰接，使导球杆2可在垂直于机身方向上摆动，这样即使地面有坡度或起伏，导球杆2也能很好的与地面贴合，对球类起到良好的导向作用，使捡球机运行更加平稳可靠。导球组件在捡球机前进过程中最大限度的收集球类，并将球引导进入提升式球道9，同时很好的避免了球类在进入提升式球道9之前四处乱窜和无法进入提升式球道9的问题，辅助轮1主要起导向作用，同时支撑导球杆2，避免其发生形变。
提升式球道9包括并排设置的多个球类上升式通道，例如本实施例中提升式球道9由三个并排的球类上升式通道组成，球类上升式通道由球道支架17以及设置在球道支架17上的球道底档板18和球道侧挡板16组成，相邻两个球类上升通道共用一个球道侧挡板16，每个球类上升式通道顶部敞口，前端与收容滑道13连通，后端设置在球框8上方。同步带机构包括用于将同步带6撑开呈三角形的三根同步带轴、并排套设在三根同步带轴上的多个同步带6以及用于驱动同步带6动作的同步带驱动电机4，其中三根同步带轴由位于三角形的三个顶点处的主动轴19、第一从动轴14和第二从动轴15组成，同步带驱动电机4通过联轴器21驱动主动轴18 转动，三角形同步带6为钝角三角形同步带6，三角形同步带6的一个底边与球类上升式通道平行，并且与钝角相对的一个边朝上设置，如图2所示，为了防止捡球单元卡死，收集扇片5为非金属弹性扇片。
本实施例的收球组件除了球框8外，还包括用于放置球框8并与球框8可拆卸连接的球框放置槽22，如图4～5所示，球框放置槽22设置在机身上，球框放置槽 22的后部和顶部敞口，球框放置槽22的两个相对的内侧壁上设有导向筋24和弹簧卡块25，导向筋24用于引导球框8从后部滑入球框放置槽22中，球框8侧壁上相应的位置处设有与导向筋24相匹配的导向凹槽，球框8在滑入球框放置槽22 过程中将弹簧卡块25下压，球框8到位后弹簧卡块25弹起，阻止球框8滑出。通过将球框8与球框放置槽22可拆卸连接，使得本发明可以很容易将球框8中的球倒出，并且可以快速更换球框8，实现连续使用。进一步地，还可以方便地与机械手配合，实现整个捡球过程的全自动化。
控制单元包括控制器(例如单片机)、视觉传感器和重力传感器，行走单元、同步带机构、视觉传感器和重力传感器均与控制器通讯连接；视觉传感器可以设置在机身3上视野较好的位置处，可以设置一个或多个，用于检测待拣球类位置以及识别待拣球类形状，并将待拣球类的位置信息和形状信息输送至控制器，控制器根据待拣球类的形状信息判断其是否可以循环使用，若该待拣球类可以循环使用，则控制器控制行走单元驱动拣球机向该待拣球类运动，并控制同步带机构动作，将该待拣球类拣起，若该待拣球类不可以循环使用，则控制器标记该待拣球类位置信息，并在后续拣球作业中忽略该待拣球类，直至拣球作业结束，重力传感器用于检测球框内收集的球类的重量，控制器根据球类重量判断球框是否满载。拣球机运动的过程中，会出现因为打滑或者空转引起的路径偏移，本实施例中，控制器控制行走组件驱动拣球机向该待拣球类运动过程中，视觉传感器持续检测(每隔一段时间检测一次，例如0.2s检测一次)该待拣球类的位置，并将其位置信息传输至控制器，用以修正拣球机的运行路线。
Claims (10)
1.一种智能自动球类拣球机，包括机身(3)以及设置在机身(3)上的行走单元、动作单元和控制单元，所述的行走单元用于驱动拣球机运动，其特征在于：
所述的动作单元包括从前到后依次设置在机身(3)上的导球组件、拣球组件和收球组件，所述的导球组件用于在拣球机运动过程中将运行路径上的球类导向拣球组件，所述的拣球组件包括提升式球道(9)以及设置在提升式球道(9)上方的同步带机构，提升式球道(9)与导球组件连通，同步带机构的同步带(6)上沿同步带(6)长度方向设有多个收集扇片(5)，所述的收集扇片(5)与提升式球道(9)相匹配，所述的收球组件包括一顶部敞口的球框(8)；
所述的控制单元包括控制器、视觉传感器和重力传感器，所述的行走单元、同步带机构、视觉传感器和重力传感器均与控制器通讯连接；
所述的视觉传感器用于检测待拣球类位置以及识别待拣球类形状，并将待拣球类的位置信息和形状信息输送至控制器，控制器根据待拣球类的形状信息判断其是否可以循环使用，若该待拣球类可以循环使用，则控制器控制行走单元驱动拣球机向该待拣球类运动，并控制同步带机构动作，将该待拣球类拣起，若该待拣球类不可以循环使用，则控制器标记该待拣球类位置信息，并在后续拣球作业中忽略该待拣球类，直至拣球作业结束，所述的重力传感器用于检测球框内收集的球类的重量，控制器根据球类重量判断球框是否满载。
2.根据权利要求1所述的一种智能自动球类拣球机，其特征在于，当待拣球类可以循环使用时，控制器控制行走组件驱动拣球机向该待拣球类运动过程中，视觉传感器持续检测该待拣球类的位置，并将其位置信息传输至控制器，用以修正拣球机的运行路线。
3.根据权利要求1所述的一种智能自动球类拣球机，其特征在于，所述的导球组件包括收容滑道(13)和导球杆机构，所述的收容滑道(13)设置在机身(3)前部，所述的导球杆机构包括连接在收容滑道(13)前端两侧并向机身(3)外部伸出的两个导球杆(2)，两个导球杆(2)呈张开状，自由端设有辅助轮(1)。
4.根据权利要求3所述的一种智能自动球类拣球机，其特征在于，所述的导球杆(2)与收容滑道(13)铰接，使导球杆(2)可在垂直于机身(3)方向上摆动。
5.根据权利要求1所述的一种智能自动球类拣球机，其特征在于，所述的提升式球道(9)包括并排设置的多个球类上升式通道，所述的球类上升式通道顶部敞口，前端与收容滑道(13)连通，后端设置在球框(8)上方。
6.根据权利要求5所述的一种智能自动球类拣球机，其特征在于，所述的同步带机构包括用于将同步带(6)撑开呈三角形的三根同步带轴、并排套设在三根同步带轴上的多个同步带(6)以及用于驱动同步带(6)动作的同步带驱动电机(4)，三角形同步带(6)的一个底边与球类上升式通道平行。
7.根据权利要求6所述的一种智能自动球类拣球机，其特征在于，三角形同步带(6)为钝角三角形同步带(6)，并且与钝角相对的一个边朝上设置。
8.根据权利要求1、6或7所述的一种智能自动球类拣球机，其特征在于，所述的收集扇片(5)为非金属弹性扇片。
9.根据权利要求1所述的一种智能自动球类拣球机，其特征在于，所述的收球组件还包括用于放置球框(8)并与球框(8)可拆卸连接的球框放置槽(22)，所述的球框放置槽(22)设置在机身(3)上，球框放置槽(22)的后部和顶部敞口，球框放置槽(22)的两个相对的内侧壁上设有导向筋(24)和弹簧卡块(25)，所述的导向筋(24)用于引导球框(8)从后部滑入球框放置槽(22)中，球框(8)侧壁上相应的位置处设有与导向筋(24)相匹配的导向凹槽，球框(8)在滑入球框放置槽(22)过程中将弹簧卡块(25)下压，球框(8)到位后弹簧卡块(25)弹起，阻止球框(8)滑出。
10.根据权利要求1所述的一种智能自动球类拣球机，其特征在于，所述的行走单元包括设置在机身(3)前端底部的两个万向轮(12)、设置在机身(3)后端底部的两个麦克纳姆轮(7)，两个麦克纳姆轮(7)分别通过步进电机(10)驱动。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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Effective date of registration: 20220922 Address after: 200240 1, 5, 951 Jianchuan Road, Minhang District, Shanghai. Patentee after: Shanghai Jiaoyi Technology Co.,Ltd. Address before: 201620 No. 333, Longteng Road, Shanghai, Songjiang District Patentee before: SHANGHAI University OF ENGINEERING SCIENCE |
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| TR01 | Transfer of patent right |