CN108434687B - 铅球比赛服务机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铅球比赛服务机器人，包括回收装置、转运装置、运动装置、传感器系统和控制系统，回收装置用于抓取铅球，回收装置包括抓取导轨、活塞杆、活塞缸和机械臂，转运装置用于对回收装置抓取的铅球进行转运，转运装置包括滑轨和升降轮盘，传感器系统包括kinect传感器、单目摄像机、颜色传感器和超声波发生器，所述kinect传感器用于识别人体运动，所述单目摄像机用于对铅球的飞行轨迹进行捕捉，所述颜色传感器用于测量投掷圈的大小以及落地区标志线，所述超声波发生器用于避障，所述运动装置包括前后桥，驱动桥、车轮总成等。本发明能够解决人工拾取铅球所产生的比赛耗时长、安全性低的问题。

Description

铅球比赛服务机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别是涉及一种铅球比赛服务机器人。

背景技术

铅球是田径运动的投掷项目之一，它对增强体质，特别是发展躯干和上下肢力量有显著的作用。铅球起源于古代人类用石块猎取禽兽或防御攻击的活动。现代推铅球始于14世纪40年代欧洲炮兵闲暇期间推掷炮弹的游戏和比赛，后逐渐形成体育运动项目。

在铅球的比赛过程中，例如在奥林匹克铅球项目比赛中，铅球裁判员需等待运动员整个运动过程结束，铅球落地之后，查看落地点痕迹测量成绩，人工拾取铅球，然后再进行下一位运动员的比赛，这种比赛流程大大增加了不必要的比赛时间，对于裁判员的危险系数也是比较高的。

发明内容

本发明的目的在于提出一种铅球比赛服务机器人，以解决人工拾取铅球所产生的比赛耗时长、安全性低的问题。

一种铅球比赛服务机器人，包括回收装置、转运装置、运动装置、传感器系统和控制系统，所述回收装置用于抓取铅球，所述回收装置包括抓取导轨、活塞杆、活塞缸和机械臂，所述抓取导轨上设有起重电磁铁，通过所述起重电磁铁通电和断电，实现对铅球进行吸附和释放，所述抓取导轨、所述活塞杆、所述活塞缸和所述机械臂依次连接，所述机械臂上设有伺服电机，所述转运装置用于对所述回收装置抓取的铅球进行转运，所述转运装置包括滑轨和升降轮盘，所述滑轨分别与所述抓取导轨和所述升降轮盘对接，所述传感器系统包括kinect传感器、单目摄像机、颜色传感器和超声波发生器，所述kinect传感器用于识别人体运动，所述单目摄像机用于对铅球的飞行轨迹进行捕捉，所述颜色传感器用于测量投掷圈的大小以及落地区标志线，所述超声波发生器用于避障，所述运动装置包括底盘和行走系统。

根据本发明提出的铅球比赛服务机器人，在使用时，通过颜色传感器来测量投掷圈的大小以及落地区标志线，得出运动范围，然后在运动员开始投掷后，通过kinect传感器对运动员的投掷姿势进行识别和分析，铅球投掷出后，通过单目摄像机对铅球的飞行轨迹进行捕捉，通过运动装置运动到相应位置，然后再利用颜色传感器和图像处理技术确定出具体的铅球落地点，再通过回收装置中的抓取导轨对铅球进行抓取，然后通过转运装置用于对回收装置抓取的铅球进行转运和收集，再通过运动装置返回到指定区域，完成了铅球的回收过程，实现了无人式的铅球比赛服务效果，智能化程度高，减少了不必要的比赛时间的浪费，且避免了人工作业安全性低的问题。

另外，根据本发明提供的铅球比赛服务机器人，还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，所述转运装置还包括轮盘盒和外壳，所述轮盘盒罩住所述升降轮盘，所述外壳罩住所述滑轨，所述外壳上设有传递筒和通孔，所述传递筒与所述滑轨对接，所述通孔与所述升降轮盘对接，所述抓取导轨抓取的铅球通过所述传递筒进入到所述滑轨上，再通过所述通孔进入所述升降轮盘。

进一步地，所述单目摄像机的数量为两个，两个所述单目摄像机组成双目视觉系统，两个所述单目摄像机安装在所述外壳上，所述颜色传感器安装在所述底盘的底部，所述kinect传感器和所述超声波发生器均安装在所述底盘上。

进一步地，所述外壳内设有缓冲装置，所述缓冲装置包括滑块、压缩弹簧、气动导轨、外筒、挡板以及弹簧缓冲器，所述滑块安装在所述气动导轨上，所述压缩弹簧分别与所述滑块和所述挡板连接，所述外筒设于所述压缩弹簧外，所述弹簧缓冲器设于所述气动导轨上，所述弹簧缓冲器与所述压缩弹簧配合。

进一步地，所述滑轨上设有清扫装置。

进一步地，所述行走系统包括后桥、驱动桥、支撑座、胡克铰链、车轮总成、底盘底座、转向气缸、前桥和连接支架，所述底盘底座与所述底盘连接，所述前桥和所述后桥分别连接在所述驱动桥的两端，所述支撑座和所述胡克铰链均与所述前桥连接，所述连接支架设于所述前桥和所述支撑座之间，所述转向气缸设于两端的所述支撑座之间，所述支撑座安装在所述底盘底座上。

进一步地，所述驱动桥包括内压缩弹簧、齿轮盒、第一直齿轮、直流电机、摩擦传动器、第一圆锥齿轮、轴、第二圆锥齿轮和第三圆锥齿轮，所述内压缩弹簧、所述摩擦传动器、所述第一圆锥齿轮、所述第二圆锥齿轮和所述第三圆锥齿轮设于所述齿轮盒内，所述第三圆锥齿轮分别与所述第一圆锥齿轮和所述第二圆锥齿轮接触，且所述第三圆锥齿轮分别与所述第一圆锥齿轮和所述第二圆锥齿轮垂直设置，所述直流电机与所述第一直齿轮连接，所述第一直齿轮和所述轴均安装在所述齿轮盒外。

进一步地，所述摩擦传动器包括箱体和安装在所述箱体上的箱盖，所述箱体和所述箱盖内设有第一向心推力轴承、挤压盘、第一接触片、第二向心推力轴承和第二接触片，所述挤压盘分别与所述第一向心推力轴承和所述第一接触片接触。

进一步地，所述铅球比赛服务机器人还包括灯光显示单元及音响阵列，所述灯光显示单元和所述音响阵列安装在所述外壳上，所述灯光显示单元和所述音响阵列与所述控制系统电性连接。

进一步地，所述控制系统采用PLC控制系统。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一实施例的铅球比赛服务机器人的结构示意图；

图2是图1中回收装置的结构示意图；

图3是图1中转运装置的结构示意图；

图4是图3中缓冲装置的结构示意图；

图5是图1中行走系统的结构示意图；

图6是图5中驱动桥的结构示意图；

图7是图6中摩擦传动器的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”以及类似的表述只是为了说明的目的，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，本发明的一实施例提出的铅球比赛服务机器人，包括回收装置10、转运装置20、运动装置、传感器系统和控制系统，控制系统用于对各项功能进行控制，本实施例中，控制系统具体采用了性能优异的PLC控制系统，PLC通过在电脑上的专用软件编写控制程序，然后通过下载线将程序下载到控制器来实现控制，从而实现各电机的控制。

请参阅图2，所述回收装置10用于抓取铅球，所述回收装置10包括抓取导轨101、活塞杆102、活塞缸103和机械臂104，所述抓取导轨101上设有起重电磁铁105，通过所述起重电磁铁105通电和断电，实现对铅球进行吸附和释放，所述抓取导轨101、所述活塞杆102、所述活塞缸103和所述机械臂104依次连接，所述机械臂104上设有伺服电机106。

工作过程为：在传感器系统识别完铅球落地点后，机器人调整运动方向快速前往落地点，在落地点前方停止后，机械臂104开始工作，机械臂104上的起重电磁铁105通通电，铅球被吸附在抓取导轨101上，机械臂104动作，将铅球举到转运装置20上。

请参阅图3，所述转运装置20用于对所述回收装置10抓取的铅球进行转运，所述转运装置20包括滑轨201和升降轮盘202，所述滑轨201分别与所述抓取导轨101和所述升降轮盘202对接。在转运装置20中，铅球随升降轮盘202一起上升，到达最高点后被升降轮盘202的凸起处挤出，这时机械臂104将抓取导轨101举到与升降轮盘202通孔同心，铅球通过滑道进入球架。

所述转运装置20还包括轮盘盒203和外壳204，所述轮盘盒203罩住所述升降轮盘202，所述外壳204罩住所述滑轨201，所述外壳204上设有传递筒205和通孔206，所述传递筒205与所述滑轨201对接，所述通孔206与所述升降轮盘202对接，所述抓取导轨101抓取的铅球通过所述传递筒205进入到所述滑轨201上，再通过所述通孔206进入所述升降轮盘202。

所述传感器系统包括kinect传感器401、单目摄像机402、颜色传感器403和超声波发生器404，所述kinect传感器401用于识别人体运动，所述单目摄像机402用于对铅球的飞行轨迹进行捕捉，所述颜色传感器403用于测量投掷圈的大小以及落地区标志线，所述超声波发生器404用于避障。

所述运动装置包括底盘31和行走系统32。

所述单目摄像机402的数量为两个，两个所述单目摄像机402组成双目视觉系统，两个所述单目摄像机402安装在所述外壳204上，所述颜色传感器403安装在所述底盘31的底部，所述kinect传感器401和所述超声波发生器404均安装在所述底盘31上。

由于铅球质量较重，为了降低铅球在设备内的运动速度、提高设备运行过程的稳定性，所述外壳204内设有缓冲装置21，请参阅图4，所述缓冲装置21包括滑块211、压缩弹簧212、气动导轨213、外筒214、挡板215以及弹簧缓冲器216，所述滑块211安装在所述气动导轨213上，所述压缩弹簧212分别与所述滑块211和所述挡板215连接，所述外筒214设于所述压缩弹簧212外，所述弹簧缓冲器216设于所述气动导轨213上，所述弹簧缓冲器216与所述压缩弹簧212配合。

具体的，当铅球通过所述滑轨201进入机身内部后，由于铅球自重，铅球在所述轨道201上滚动，当铅球到达所述滑轨201的转弯处时，铅球首先与所述气动导轨213上的所述弹簧缓冲器216接触，所述压缩弹簧212被压缩，铅球被所述挡板215挡住，完成第一次减速，当铅球静止时，所述滑块211带动所述弹簧缓冲器216沿所述气动导轨213向上方移动，铅球被释放，当铅球到达所述滑轨201的最低端时，铅球再次被减速后进入所述升降轮盘202中。

本实施例中，所述滑轨201上设有清扫装置，清扫装置例如是毛绒物，对铅球进行清扫。

请参阅图5，所述行走系统32包括后桥321、驱动桥322、支撑座323、胡克铰链324、车轮总成325、底盘底座326、转向气缸327、前桥328和连接支架329，所述底盘底座326与所述底盘31连接，所述前桥328和所述后桥321分别连接在所述驱动桥322的两端，所述支撑座323和所述胡克铰链324均与所述前桥328连接，所述连接支架329设于所述前桥328和所述支撑座323之间，所述转向气缸327设于两端的所述支撑座323之间，所述支撑座323安装在所述底盘底座326上。

请参阅图6，所述驱动桥322包括内压缩弹簧3221、齿轮盒3222、第一直齿轮3223、直流电机3224、摩擦传动器3225、第一圆锥齿轮3226、轴3227、第二圆锥齿轮3228和第三圆锥齿轮3229，所述内压缩弹簧3221、所述摩擦传动器3225、所述第一圆锥齿轮3226、所述第二圆锥齿轮3228和所述第三圆锥齿轮3229设于所述齿轮盒3222内，所述第三圆锥齿轮3229分别与所述第一圆锥齿轮3226和所述第二圆锥齿轮3228接触，且所述第三圆锥齿轮3229分别与所述第一圆锥齿轮3226和所述第二圆锥齿轮3228垂直设置，所述直流电机3224与所述第一直齿轮3223连接，所述第一直齿轮3223和所述轴3227均安装在所述齿轮盒外。

请参阅图7，所述摩擦传动器3225包括箱体331和安装在所述箱体331的上箱盖332，所述箱体331和所述箱盖332内设有第一向心推力轴承333、挤压盘334、第一接触片335、第二向心推力轴承336和第二接触片337，所述挤压盘334分别与所述第一向心推力轴承333和所述第一接触片335接触。

行走系统32主要包括两种行走状态：

第一种，直线行驶，转向气缸327保持伸长状态，前桥328与后桥321以及驱动桥322中的电磁铁动作，前桥328中靠近内压缩弹簧3221的圆锥齿轮下移，后桥321中靠近内压缩弹簧3221的圆锥齿轮上移，前桥328中靠近内压缩弹簧3221的圆锥齿轮右移，前后桥以及驱动桥内两组摩擦传动器内的接触片接触，通过接触产生的摩擦力，前两轮与后两轮转向一致。此外，在直线行驶时，前桥与后桥以及驱动桥中的电磁铁动作，前桥的圆锥齿轮下移，后桥的圆锥齿轮上移，前桥的圆锥齿轮右移，前后桥以及驱动桥内两组摩擦传动器内的接触片接触，通过接触产生的摩擦力，前两轮与后两轮转向一致。

第二种，原地转向，转向气缸327收缩，前桥328、后桥321以及驱动桥322中的电磁铁失电，前桥、后桥以及驱动桥的圆锥齿轮复位，前、后桥以及驱动桥内两组摩擦传动器3225内的接触片分离，导向气缸动作，四轮轮心转向轮内侧，四轮轴线组成四轮中心外接圆的两条直径，电机开始工作，转向开始。此外，底盘要原地转向时，前桥、后桥以及驱动桥中的电磁铁失电，前桥、后桥以及驱动桥的圆锥齿轮复位，前、后桥以及驱动桥内两组摩擦传动器内的接触片分离，导向气缸动作，四轮轮心转向轮内侧，四轮轴线组成四轮中心外接圆的两条直径，电机开始工作，转向开始。

本实施例中，所述铅球比赛服务机器人还包括灯光显示单元及音响阵列，所述灯光显示单元和所述音响阵列可以安装在所述外壳上，所述灯光显示单元和所述音响阵列与所述控制系统电性连接。灯光显示单元和所述音响阵列用于根据铅球比赛规则，采用灯光及声音来替代裁判的旗示，进一步提升智能性。

根据本实施例提出的铅球比赛服务机器人，在使用时，通过颜色传感器来测量投掷圈的大小以及落地区标志线，得出运动范围，然后在运动员开始投掷后，通过kinect传感器对运动员的投掷姿势进行识别和分析，铅球投掷出后，通过单目摄像机对铅球的飞行轨迹进行捕捉，通过运动装置运动到相应位置，然后再利用颜色传感器和图像处理技术确定出具体的铅球落地点，再通过回收装置中的抓取导轨对铅球进行抓取，然后通过转运装置用于对回收装置抓取的铅球进行转运和收集，再通过运动装置返回到指定区域，完成了铅球的回收过程，实现了无人式的铅球比赛服务效果，智能化程度高，减少了不必要的比赛时间的浪费，且避免了人工作业安全性低的问题。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种铅球比赛服务机器人，其特征在于，包括回收装置、转运装置、运动装置、传感器系统和控制系统，所述回收装置用于抓取铅球，所述回收装置包括抓取导轨、活塞杆、活塞缸和机械臂，所述抓取导轨上设有起重电磁铁，通过所述起重电磁铁通电和断电，实现对铅球进行吸附和释放，所述抓取导轨、所述活塞杆、所述活塞缸和所述机械臂依次连接，所述机械臂上设有伺服电机，所述转运装置用于对所述回收装置抓取的铅球进行转运，所述转运装置包括滑轨和升降轮盘，所述滑轨分别与所述抓取导轨和所述升降轮盘对接，所述传感器系统包括kinect传感器、单目摄像机、颜色传感器和超声波发生器，所述kinect传感器用于识别人体运动，所述单目摄像机用于对铅球的飞行轨迹进行捕捉，所述颜色传感器用于测量投掷圈的大小以及落地区标志线，所述超声波发生器用于避障，所述运动装置包括底盘和行走系统；转运装置还包括轮盘盒和外壳，所述轮盘盒罩住所述升降轮盘，所述外壳罩住所述滑轨，所述外壳上设有传递筒和通孔，所述传递筒与所述滑轨对接，所述通孔与所述升降轮盘对接，所述抓取导轨抓取的铅球通过所述传递筒进入到所述滑轨上，再通过所述通孔进入所述升降轮盘；所述外壳内设有缓冲装置，所述缓冲装置包括滑块、压缩弹簧、气动导轨、外筒、挡板以及弹簧缓冲器，所述滑块安装在所述气动导轨上，所述压缩弹簧分别与所述滑块和所述挡板连接，所述外筒设于所述压缩弹簧外，所述弹簧缓冲器设于所述气动导轨上，所述弹簧缓冲器与所述压缩弹簧配合；所述滑轨上设有清扫装置。

2.根据权利要求1所述的铅球比赛服务机器人，其特征在于，所述单目摄像机的数量为两个，两个所述单目摄像机组成双目视觉系统，两个所述单目摄像机安装在所述外壳上，所述颜色传感器安装在所述底盘的底部，所述kinect传感器和所述超声波发生器均安装在所述底盘上。

3.根据权利要求1所述的铅球比赛服务机器人，其特征在于，所述行走系统包括后桥、驱动桥、支撑座、胡克铰链、车轮总成、底盘底座、转向气缸、前桥和连接支架，所述底盘底座与所述底盘连接，所述前桥和所述后桥分别连接在所述驱动桥的两端，所述支撑座和所述胡克铰链均与所述前桥连接，所述连接支架设于所述前桥和所述支撑座之间，所述转向气缸设于两端的所述支撑座之间，所述支撑座安装在所述底盘底座上。

4.根据权利要求3所述的铅球比赛服务机器人，其特征在于，所述驱动桥包括内压缩弹簧、齿轮盒、第一直齿轮、直流电机、摩擦传动器、第一圆锥齿轮、轴、第二圆锥齿轮和第三圆锥齿轮，所述内压缩弹簧、所述摩擦传动器、所述第一圆锥齿轮、所述第二圆锥齿轮和所述第三圆锥齿轮设于所述齿轮盒内，所述第三圆锥齿轮分别与所述第一圆锥齿轮和所述第二圆锥齿轮接触，且所述第三圆锥齿轮分别与所述第一圆锥齿轮和所述第二圆锥齿轮垂直设置，所述直流电机与所述第一直齿轮连接，所述第一直齿轮和所述轴均安装在所述齿轮盒外。

5.根据权利要求4所述的铅球比赛服务机器人，其特征在于，所述摩擦传动器包括箱体和安装在所述箱体上的箱盖，所述箱体和所述箱盖内设有第一向心推力轴承、挤压盘、第一接触片、第二向心推力轴承和第二接触片，所述挤压盘分别与所述第一向心推力轴承和所述第一接触片接触。

6.根据权利要求1所述的铅球比赛服务机器人，其特征在于，所述铅球比赛服务机器人还包括灯光显示单元及音响阵列，所述灯光显示单元和所述音响阵列安装在所述外壳上，所述灯光显示单元和所述音响阵列与所述控制系统电性连接。

7.根据权利要求1所述的铅球比赛服务机器人，其特征在于，所述控制系统采用PLC控制系统。