CN108654023B - 一种新型收集分类捡球机器人及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于智能机器人创新设计技术领域，提供一种新型收集分类捡球机器人及其使用方法，新型收集分类捡球机器人包括动力总成、变幅总成、回转总成、拾取机构总成、支撑总成、分拣总成，其中分拣总成是实现不同球分类回收功能的核心。机器人通过摄像头传感器自主识别乒乓球、网球、羽毛球并判断位置，通过多机构配合将球捡起并分类回收。本发明采用自动化识别和分拣机构，管口大小辅助分辨不同球类，该机器人较常规单一捡球机器人识别球的种类增多，效率提高，所需扭矩和动力较小，所述的捡球机器人动作灵活，配置合理，能自动识别并捡起球场中的羽毛球，网球和乒乓球，并将三者分类放置，提高机器人的通用性，可极大地节约成本。

Description

一种新型收集分类捡球机器人及其使用方法

技术领域

本发明属于智能机器人创新设计技术领域，涉及智能控制和行为仿真领域，尤其涉及一种自动收集分类的捡球机器人及其使用方法。

背景技术

网球、羽毛球、乒乓球运动作为盛行于全世界的球类运动，运动量可灵活调节，是很好的有氧运动，并且还可以锻炼思维及反应速度，所以现在喜欢这三种运动的人越来越多。但在练习打球时，为了节省比赛或训练时间，场地上通常会放置多个球，球被使用后散落于运动场的各个角落，往往比赛完毕或训练完毕后需要专人对球实施回收，不仅浪费体力，而且捡球的效率不高。专人捡球，不仅对球队的训练或比赛，都增加了相应的人工成本。

捡球机器人是利用声控装置自动识别并接收到球类落地发出的声音后，采用图像识别技术自动识别球类落下的方位。然后，对球的的位置分布作一个最优的行程判断，再走到每个球落下的地方。最后，机械臂带动抓取夹将球捡起来，放进存放腔中。当机器人接收到由人发出的取球指令后，再自动地把球送给运动员，完成自动捡球的一个工作流程。

随着生产要求的不断提高，新的捡球分类收集方法被不断提出，对于常规捡球机器人而言，主要实现的功能是一种单一球类的收集，为实现收集的高效性，通常根据不同球类的自身特点，采用一些特殊固定的收集方法，这样势必会导致收集球类的单一性，不通用性。为此，新型收集分类捡球机器人被提出以解决单一捡球方法利用率低这一问题。中国公开发明专利2017102442842公开了一种轮式多机械手智能捡球机器人，具体涉及在在防护罩四周设置探测传感器，用于探测障碍物的距离并避障，适用于室内外复杂多变的高尔夫球、乒乓球、网球等训练场环境下捡球作业，具有对小球准确识别与定位，自主导航与避障，多机械手高效捡拾等功能。中国公开发明专利CN105920810公开了一种乒乓球捡拾机器人方法，具体涉及借助乒乓球质量较轻的特点，而设计了利用风扇将乒乓球吹动收集的结构，其具有设计简单，机器人适应环境能力强，工作可靠等优点，但其只能实现乒乓球的收集，不具有通用性。

由此可见，采用高效的复合捡球和收集分类方法是当前新型收集分类捡球机器人技术的一个发展趋势。为了能实现捡球机器人收集和分类的结合，加大捡球机器人的使用范围，减少购置新机的费用，为此本发明提出了一种带有收集和分拣机构，效率极高的新型捡球机器人。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的提供一种新型收集和分类捡球机器人，以实现明确追踪目标、综合性和集成性高、分拣不同球类，避免多种捡球机器人的购置的问题的目的，采用自动化识别和分拣机构，管口大小辅助分辨不同球类，该机器人较常规单一捡球机器人识别球的种类增多，效率提高，所需扭矩和动力较小，同时所采用的分拣机构没有多种机械臂的复杂构造，对结构的要求更低。该小型机器人结构紧凑，配置合理，具备较高捡球效率。

为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种新型收集分类捡球机器人，包括动力总成、变幅总成、回转总成、拾取机构总成、支撑总成、分拣总成，其中分拣总成是实现不同球分类回收功能的核心。

所述的动力总成主要包括四套麦克纳姆轮子驱动系统，四套麦克纳姆轮子驱动系统均匀布置在壳体的四周并于底板27固连，可保证任意方向的移动。所述的每套麦克纳姆轮驱动系统包括1个麦克纳姆轮5、1个麦克纳姆轮电机减速箱26、1个麦克纳姆轮驱动电机33、1个麦克纳姆轮固定架34、1个滚动轴承35、1个麦克纳姆轮悬架49、1个十字联轴器55。麦克纳姆轮驱动电机33主轴与其上齿轮通过键固定连接，并通过螺母实现轴向定位，并将动力输入与麦克纳姆轮固定架34固连的麦克纳姆轮电机减速箱26，滚动轴承35将输出动力传递给与麦克纳姆轮5铰接的十字联轴器55，同时麦克纳姆轮5与麦克纳姆轮悬架49铰接。

所述的变幅总成包括主要变幅机构和辅助变幅机构。所述的主要变幅机构主要包括九杆机构、动力系统、立板54、连杆固定立板19。所述的自由度为2的九杆机构包括两个大臂6、两个小臂10、一个连杆A7、一个连杆B9、一个连杆C52、一个三位连接板8、一个连接板11。所述的九杆机构分为两层，外层包括：左侧大臂6与左侧立板54铰接，右侧大臂6与右侧大齿轮18固连，两个大臂6末端与两个小臂10分别铰接，小臂末端与连接板11连接，两个立板54与旋转拖板相连；内层包括：连杆C52一端与连杆固定立板19铰接，另一端与三位连接板8孔C铰接，三位连接板8孔B与连杆B9铰接，同时连杆B9另一端与连接板11铰接，三位连接板8孔A与连杆A7铰接，同时连杆A7另一端与左侧大齿轮18上的销孔铰接；通过两组动力源控制变幅运动：每组动力包括一个大臂驱动电机47、一个驱动齿轮22、一个传动齿轮20、一个大齿轮18，驱动齿轮22固定在大臂驱动电机47上，电机输入动力通过传动齿轮20带动左大齿轮18转动，进而带动连杆A7；右侧大臂6与右侧大齿轮18固连，匹配两个原动件大齿轮18的转动角度和速度，即可实现变幅。所述的连杆固定立板19垂直固定在旋转拖板53上。所述的辅助变幅机构主要包括齿条31、伸缩平台伺服电机32、伸缩平台28，伸缩平台伺服电机32的转动通过齿轮齿条31的啮合实现伸缩平台28的直线运动。

所述的旋转总成包括止推轴承23、斜齿轮系24、旋转驱动电机25、旋转拖板53。所述的旋转拖板53上开有孔洞，其上装配主要变幅机构。所述的旋转拖板53通过止推轴承23作用在伸缩平台2上。斜齿轮系24是三级传动减速轮系，斜齿轮系24的最后一级齿轮为定齿轮，旋转驱动电机25提供动力，通过运动的相对性即可实现拾取机构总成在水平平面内的回转。

所述的拾取机构总成主要包括夹具头及摄像头传感器12、夹具旋转轴13、气缸大端14、气缸小端15、上夹具16、下夹具17。所述的夹具头及摄像头传感器12与连接板11连接，夹具旋转轴13垂直安装在夹具头及摄像头传感器12内，可以在垂直方向内360°旋转；夹具旋转轴13末端与固定架连接，固定架与上夹具16连接。两个下夹具17通过两组气缸与上夹具连接，构成一个机械爪，气缸大端14与上夹具16铰接，气缸小端15与下夹具17铰接，通过气缸大端14余气缸小端15的直线伸缩可实现机械爪的闭合与张开。下夹具的齿间距为乒乓球直径的3/4即30mm，可保证乒乓球、羽毛球、网球不从齿间掉出，也不会在拾取的过程中在机械爪内晃动。同时，下夹具两侧带有挡板，防止乒乓球等从机械爪内滚出。

所述的支撑总成包括四个悬挂弹簧51、尾盖气缸小端40、尾盖气缸大端41、尾盖42、横板48、底板27、底部加强肋板38。所述的四个悬挂弹簧51与动力总成配合使用保证麦克纳姆四轮触地，悬挂弹簧51上下两端分别与麦克纳姆轮5和麦克纳姆轮固定架34固连。尾盖气缸小端40与尾盖42铰接，尾盖气缸大端41与外壳43铰接，尾盖气缸小端40与尾盖气缸大端41反相运动时，尾盖打开，内部收集箱39在曲柄连杆机构50的作用下即可伸出，将球放入指定位置。横板48固定在壳体内部靠前位置，为分拣总成提供定位和支撑。所述的底板27承担机器人全部重量，采用X形布局设计，中间设置减重孔减重并提高强度。

所述的分拣总成主要包括网球分拣道44、乒乓球分拣道45、羽毛球分拣道46、乒乓球网球收集道4、羽毛球收集道56、蜗轮29、蜗杆30、分球盘1、顶部盖板2，分球盘挡板3、分拣装置驱动电机36、分拣装置变速箱37、收集箱39，分拣盘中心轴60、行星轮深沟球轴承61、行星轮62、固定齿圈63、行星齿轮轴64、分拣盘中心轴圆螺母65、中心太阳轮67。所述的分球盘1底部为圆盘结构，其上设有六个扇形槽，容纳乒乓球和网球。收集箱39内部由两个隔板分成三个储球室。分拣道包括网球分拣道44、乒乓球分拣道45、羽毛球分拣道46，一端分别对准收集箱39的三个储球室，其中网球分拣道44、乒乓球分拣道45另一端对准分球盘挡板3上预留的孔，羽毛球分拣道46另一端与羽毛球收集道56对接构成连续通道。羽毛球收集道56另一端开口在顶部盖板2右上方，左上方对称位置的是乒乓球网球收集道4的开口，顶部盖板2可以安装在外壳43上方中心位置处。所述的分球盘挡板3固定在横板48上，其上开有乒乓球和网球通过的孔。所述的分拣装置变速箱37内含六个斜齿轮57构成二级减速器，锥齿轮58改变动力输出方向，其中斜齿轮57所配合的轴通过螺母59固定，其将分拣装置驱动电机36的转动直接传递给蜗杆30。蜗轮29与蜗杆30带动分拣盘中心轴60转动，分拣盘中心轴60由分拣盘中心轴圆螺母65固定，其转动带动中心太阳轮67转动。中心太阳轮67和三个行星轮62、固定齿圈63构成周转轮系，每个行星轮62通过行星轮深沟球轴承61和行星齿轮轴64连接，同时行星齿轮轴64和分球盘1通过行星齿轮轴圆螺母66固连，即分球盘1相当于周转轮系的行星架。固定齿圈63和横板48连接在一起，固定在外壳43上。

所述的拾取机构总成将球放入乒乓球网球收集道4、羽毛球收集道56，进入分拣总成。收集箱顶出电机68和分拣装置驱动电机36固定在底板27统一水平面内，收集箱顶出电机68通过曲柄连杆机构50，实现收集箱39的伸出与缩回。收集箱39内部分由两个隔板分为三个槽，三个槽分别与球经网球分拣道44、乒乓球分拣道45、羽毛球分拣道46连通，不同的球经网球分拣道44、乒乓球分拣道45、羽毛球分拣道46落入不同位置。

一种新型收集分类捡球机器人的使用方法，机器人通过摄像头传感器自主识别乒乓球、网球、羽毛球并判断位置，通过多机构配合将球捡起并分类回收。具体包括以下步骤：

机器人通过摄像头传感器自主识别球的种类和具体空间坐标，给动力总成的麦克纳姆轮驱动电机33发出运动指令，控制四个麦克纳姆轮移动；所述的四个麦克纳姆轮同时正转可向前运动，同时反转可向后运动，同时相向转动可左右平移，某对角线上两轮同时转动可斜向移动。

正常状态下，变幅机构方向和车身侧面平行，机器人运动到拾取机构总成工作范围内，变幅总成开始工作，通过两个大臂驱动电机47控制九杆机构水平和和竖直变幅，通过伸缩平台伺服电机32带动齿条31以及伸缩平台28前后伸缩，达到辅助变幅的目的。之后拾取机构总成工作，下夹具17闭合，将球拾起。拾取完毕后回转总成工作，旋转驱动电机25工作，使旋转拖板53转动，控制夹具移动到羽毛球收集道56和乒乓球、网球收集道4上方，下夹具17张开，球落入分拣总成。

分拣总成内，若判断球为羽毛球，则球直接通过羽毛球收集道56进入收集箱39中。若判断为乒乓球或网球，球首先通过乒乓球网球收集道4落入分球盘1中，分拣装置驱动电机36通过分拣装置变速箱37减速将动力传递给蜗杆蜗轮29，通过周转轮系使得分球盘1逆时针旋转，分球盘1内的球在离心力的作用下会沿分球盘挡板3转动，首先遇到42mm孔，乒乓球掉出，通过乒乓球分拣道4落入收集箱39内；之后遇到70mm孔，网球掉出，通过网球分拣道44落入收集箱39内。气缸伸长控制尾盖42打开，收集箱顶出电机68工作通过曲柄连杆机构50推动收集箱39伸出，将球放入指定位置。

本发明的有益效果为：所述的捡球机器人动作灵活，配置合理，能自动识别并捡起球场中的羽毛球，网球和乒乓球，并将三者分类放置，提高机器人的通用性，可极大地节约成本。

附图说明

图1为新型收集分类捡球机器人整主视全剖视图；

图2为新型收集分类捡球机器人整体结构轴测图；

图3为分拣总成仰视轴测图；

图4为分拣周转轮系部分：(a)仰视轴测图；(b)全剖视图；(c)俯视轴测图；

图5为分拣盘：(a)主视图；(b)俯视图；(c)左视图；

图6为拾取机构总成：(a)主视图；(b)俯视图；(c)左视图；

图7为动力总成：(a)主视图；(b)轴测图；(c)俯视图；

图8为动力总成运动示意图；

图9为三位连接板：(a)主视图；(b)俯视图；(c)左视图。

图中：1分球盘；2顶部盖板；3分球盘挡板；4乒乓球网球收集道；5麦克纳姆轮；6大臂；7连杆A；8三位连接板；9连杆B；10小臂；11连接板；12夹具头及摄像头传感器；13夹具旋转轴；14气缸大端；15气缸小端；16上夹具；17下夹具；18大齿轮；19连杆固定立板；20传动齿轮；21固定内六角螺钉；22驱动齿轮；23止推轴承；24斜齿轮系；25旋转驱动电机；26麦克纳姆轮电机减速箱；27底板；28伸缩平台；29蜗轮；30蜗杆；31齿条；32伸缩平台伺服电机；33麦克纳姆轮驱动电机；34麦克纳姆轮固定架；35滚动轴承；36分拣装置驱动电机；37分拣装置变速箱；38底部加强肋板；39收集箱；40尾盖气缸小端；41尾盖气缸大端；42尾盖；43外壳；44网球分拣道；45乒乓球分拣道；46羽毛球分拣道；47大臂驱动电机；48横板；49麦克纳姆轮悬架；50曲柄连杆机构；51悬挂弹簧；52连杆C；53旋转拖板；54立板；55十字联轴器；56羽毛球收集道；57斜齿轮；58锥齿轮；59螺母；60分拣盘中心轴；61行星轮深沟球轴承；62行星轮；63固定齿圈；64行星齿轮轴；68收集箱顶出电机；65分拣盘中心轴圆螺母；66行星齿轮轴圆螺母；67中心太阳轮。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明做进一步说明。

一种新型收集分类捡球机器人，包括动力总成、变幅总成、回转总成、拾取机构总成、支撑总成、分拣总成，其中分拣总成是实现不同球分类回收功能的核心。

所述的动力总成主要包括四套麦克纳姆轮子驱动系统，每套麦克纳姆轮驱动系统包括1个麦克纳姆轮5、1个麦克纳姆轮电机减速箱26、1个麦克纳姆轮驱动电机33、1个麦克纳姆轮固定架34、1个滚动轴承35、1个麦克纳姆轮悬架49、1个十字联轴器55。麦克纳姆轮驱动电机33输出轴朝外固定在底板27上，主轴末端设有键槽和螺纹，电机33主轴与其上齿轮通过键固定连接，并通过螺母实现轴向定位，之后将动力输入与麦克纳姆轮固定架34固连的麦克纳姆轮电机减速箱26，麦克纳姆轮固定架34是一个刚性立柱，麦克纳姆轮电机减速箱26是一个长方体，滚动轴承35安装在麦克纳姆轮电机减速箱26内部各轴两端，将输出动力传递给十字联轴器55，十字联轴器55与麦克纳姆轮5铰接，同时麦克纳姆轮5与麦克纳姆轮悬架49铰接，麦克纳姆轮悬架49为一个梯形形连接板，梯形上下边为铰链连接处，保证麦克纳姆轮5可在垂直方向浮动，增大了地面适应性和抓地力。四套麦克纳姆轮子驱动系统均匀布置在壳体的四周并于底板27固连，可保证任意方向的移动。

所述的变幅总成包括主要变幅机构和辅助变幅机构。所述的主要变幅机构主要包括大臂6、连杆A 7、三位连接板8、大臂驱动电机47、连杆C 52、立板54、连杆B 9、小臂10、连接板11、大齿轮18、连杆固定立板19、驱动齿轮22、传动齿轮20、固定内六角螺钉21。所述的两个大臂6、两个小臂10、一个连杆A7、一个连杆B9、一个连杆C52、一个三位连接板8、一个连接板11，共同组成一个自由度为2的九杆机构。连杆固定立板19垂直固定在旋转拖板53上。九杆机构分为两层，外层包括：左侧大臂6与左侧立板54铰接，右侧大臂6与右侧大齿轮18固连，两个大臂6末端与两个小臂10分别铰接，小臂末端通过连接板11连接在一起，两个立板54通过4个标准间M10固定内六角螺钉21与旋转拖板相连；内层包括：连杆C52一端与通过内六角螺钉21连接在旋转拖板53的连杆固定立板19铰接，另一端与三位连接板8孔C铰接，三位连接板8孔B与连杆B9铰接，同时连杆B9另一端与连接板11铰接，三位连接板8孔A与连杆A7铰接，同时连杆A7另一端与左侧大齿轮18上的销孔铰接。通过两组动力源控制变幅运动：每组动力包括一个大臂驱动电机47、一个驱动齿轮22、一个传动齿轮20、一个大齿轮18，驱动齿轮22固定在大臂驱动电机47上，左大齿轮18的作用相当于一个短曲柄，电机输入动力通过传动齿轮20带动左大齿轮18转动，带动连杆A7；右侧大臂6与右侧大齿轮18固连，匹配两个原动件大齿轮18的转动角度和速度，即可实现变幅。所述的辅助变幅机构主要包括齿条31、伸缩平台伺服电机32、伸缩平台28，伸缩平台伺服电机32的转动通过齿轮齿条31的啮合实现伸缩平台28的直线运动；

所述的旋转总成主要包括止推轴承23、斜齿轮系24、旋转驱动电机25、旋转拖板53。所述的旋转拖板53为一矩形平板，上面按一定的布局规则开有孔洞，其上装配有上述主要变幅机构，其形状近似为一个削掉两个直角的矩形，上面开有多个减重孔减重。止推轴承23是标准件，旋转拖板53及其所承担载荷的所有重量通过止推轴承23作用在伸缩平台2上。斜齿轮系24是三级传动减速轮系，斜齿轮系24的最后一级齿轮为定齿轮，旋转驱动电机25提供动力，通过运动的相对性即可实现拾取机构总成在水平平面内的回转。

所述的拾取机构总成主要包括夹具头及摄像头传感器12、夹具旋转轴13、气缸大端14、气缸小端15、上夹具16、下夹具17。所述的夹具头及摄像头传感器12通过两个螺栓与连接板11连接在一起，夹具旋转轴13垂直安装在夹具头及摄像头传感器12内，可以在垂直方向内360°旋转；夹具旋转轴13末端与固定架通过销连接，固定架与上夹具16连接。两个下夹具17通过两组气缸与上夹具连接，构成一个机械爪，气缸大端14与上夹具16铰接，气缸小端15与下夹具17铰接，通过气缸大端14余气缸小端15的直线伸缩可实现机械爪的闭合与张开。下夹具的齿间距为乒乓球直径的3/4即30mm，可保证乒乓球、羽毛球、网球不从齿间掉出，也不会在拾取的过程中在机械爪内晃动。同时，下夹具两侧带有挡板，可防止乒乓球等从机械爪内滚出。

所述的支撑总成主要包括四个悬挂弹簧51、尾盖气缸小端40、尾盖气缸大端41、尾盖42、横板48、底板27、底部加强肋板38。麦克纳姆轮特殊的构造要求车体运动必须平稳，必须时刻保证四轮触地，四个悬挂弹簧51与动力总成配合使用即可满足要求，悬挂弹簧51上下两端分别于麦克纳姆轮5和麦克纳姆轮固定架34固连。尾盖气缸小端40与尾盖42铰接，尾盖气缸大端41与外壳43铰接，尾盖气缸小端40与尾盖气缸大端41反相运动时，尾盖打开，内部收集箱39在曲柄连杆机构50的作用下即可伸出，将球放入指定位置。横板48固定在壳体内部靠前位置，为分拣总成提供定位和支撑。底板27承担机器人全部重量，采用X形布局设计，中间设置减重孔减重并提高强度，两个底部加强肋板38按竖直方向对称固定在底板27下方，强化了底板27的承重能力。

所述的分拣总成主要包括网球分拣道44、乒乓球分拣道45、羽毛球分拣道46、乒乓球网球收集道4、羽毛球收集道56、蜗轮29、蜗杆30、分球盘1、顶部盖板2，分球盘挡板3、分拣装置驱动电机36、分拣装置变速箱37、收集箱39，螺母59、分拣盘中心轴60、行星轮深沟球轴承61、行星轮62、固定齿圈63、行星齿轮轴64、分拣盘中心轴圆螺母65、中心太阳轮67。分球盘1底部为一个圆盘，直径为210mm，上面六个隔板沿半径方向均匀分布在圆盘表面，形成六个扇形槽，可以容纳乒乓球和网球。收集箱39是一个长方体容器，内部由两个隔板分成三个储球室。分拣道包括网球分拣道44、乒乓球分拣道45、羽毛球分拣道46，一端分别对准收集箱39的三个储球室，其中网球分拣道44、乒乓球分拣道45另一端对准分球盘挡板3上预留的孔，羽毛球分拣道46另一端与羽毛球收集道56对接构成连续通道。羽毛球收集道56另一端开口在顶部盖板2右上方，左上方对称位置的是乒乓球网球收集道4的开口，顶部盖板2可以安装在外壳43上方中心位置处。刚才所述的分球盘挡板3固定在横板48上，其上开有两个直径分别为42mm和70mm的孔，可使乒乓球和网球通过。所述的分拣装置变速箱37内含六个斜齿轮57构成二级减速器，锥齿轮58改变动力输出方向，其中斜齿轮57所配合的轴通过螺母59固定，锥齿轮58传动比为1，其将分拣装置驱动电机36的转动直接传递给蜗杆30。蜗轮29与蜗杆30采用减速比40配合，带动分拣盘中心轴60转动，分拣盘中心轴60是一个多段阶梯轴，由分拣盘中心轴圆螺母65固定，其转动带动中心太阳轮67转动。中心太阳轮67和三个行星轮62、一个固定齿圈63构成周转轮系，每个行星轮62通过行星轮深沟球轴承61和行星齿轮轴64连接在一起，行星轮深沟球轴承61采用标准件，同时行星齿轮轴64和分球盘1通过行星齿轮轴圆螺母66固连在一起，即分球盘1相当于周转轮系的行星架，其中行星齿轮轴圆螺母66采用M10标准件。固定齿圈63和横板48连接在一起，固定在外壳43上。

拾取机构总成将球放入乒乓球网球收集道4、羽毛球收集道56，进入分拣总成。收集箱顶出电机68和分拣装置驱动电机36固定在底板27统一水平面内，收集箱顶出电机68通过曲柄连杆机构50，实现收集箱39的伸出与缩回。收集箱39内部分由两个隔板分为三个槽，三个槽分别与球经网球分拣道44、乒乓球分拣道45、羽毛球分拣道46连通，不同的球经网球分拣道44、乒乓球分拣道45、羽毛球分拣道46即可落入不同的位置。

一种新型收集分类捡球机器人的使用方法，收集分类捡球机器人主要工作于体育馆、网球场等运动场所，运动员训练时会使用很多球，散落在地上，机器人通过摄像头传感器自主识别乒乓球、网球、羽毛球并判断位置，通过多机构配合将球捡起并分类回收。具体包括以下步骤：

机器人通过摄像头传感器自主识别球的种类和具体空间坐标，给动力总成的麦克纳姆轮驱动电机33发出运动指令，控制四个麦克纳姆轮移动；所述的四个麦克纳姆轮同时正转可向前运动，同时反转可向后运动，同时相向转动可左右平移，某对角线上两轮同时转动可斜向移动。

正常状态下，变幅机构方向和车身侧面平行，机器人运动到拾取机构总成工作范围内，变幅总成开始工作，通过两个大臂驱动电机47控制九杆机构水平和和竖直变幅，通过伸缩平台伺服电机32带动齿条31以及伸缩平台28前后伸缩，达到辅助变幅的目的。之后拾取机构总成工作，下夹具17闭合，将球拾起。拾取完毕后回转总成工作，旋转驱动电机25工作，使旋转拖板53转动，控制夹具移动到羽毛球收集道56和乒乓球、网球收集道4上方，下夹具17张开，球落入分拣总成。

分拣总成内，若判断球为羽毛球，则球直接通过羽毛球收集道56进入收集箱39中。若判断为乒乓球或网球，球首先通过乒乓球网球收集道4落入分球盘1中，分拣装置驱动电机36通过分拣装置变速箱37减速将动力传递给蜗杆蜗轮29，通过周转轮系使得分球盘1逆时针旋转，分球盘1内的球在离心力的作用下会沿分球盘挡板3转动，首先遇到42mm孔，乒乓球掉出，通过乒乓球分拣道4落入收集箱39内；之后遇到70mm孔，网球掉出，通过网球分拣道44落入收集箱39内。气缸伸长控制尾盖42打开，收集箱顶出电机68工作通过曲柄连杆机构50推动收集箱39伸出，将球放入指定位置。机器人整体框架等各主要部分通过支撑总成结合在一起，同时支撑总成负责尾盖42的开闭。

Claims (3)

1.一种收集分类捡球机器人的使用方法，其特征在于，所述的收集分类捡球机器人包括动力总成、变幅总成、回转总成、拾取机构总成、支撑总成、分拣总成，其中分拣总成是实现不同球分类回收功能的核心；

所述的动力总成主要包括四套麦克纳姆轮子驱动系统，四套麦克纳姆轮子驱动系统均匀布置在壳体的四周并于底板(27)固连，可保证任意方向的移动；

所述的变幅总成包括主要变幅机构和辅助变幅机构；所述的主要变幅机构包括九杆机构、动力系统、立板(54)、连杆固定立板(19)；通过两组动力系统控制变幅运动：每组动力系统包括一个大臂驱动电机(47)、一个驱动齿轮(22)、一个传动齿轮(20)、一个大齿轮(18)，驱动齿轮(22)固定在大臂驱动电机(47)上，电机输入动力通过传动齿轮(20)带动左大齿轮(18)转动，进而带动连杆A(7)；右侧大臂(6)与右侧大齿轮(18)固连，匹配两个原动件大齿轮(18)的转动角度和速度，即可实现变幅；所述的连杆固定立板(19)垂直固定在旋转拖板(53)上；所述的辅助变幅机构主要包括齿条(31)、伸缩平台伺服电机(32)、伸缩平台(28)，伸缩平台伺服电机(32)的转动通过齿轮齿条(31)实现伸缩平台(28)的直线运动；

所述的旋转总成包括止推轴承(23)、斜齿轮系(24)、旋转驱动电机(25)、旋转拖板(53)；所述的旋转拖板(53)上开有孔洞，其上装配主要变幅机构；所述的旋转拖板(53)通过止推轴承(23)作用在伸缩平台(28)上；斜齿轮系(24)最后一级齿轮为定齿轮，旋转驱动电机(25)提供动力，通过运动的相对性实现拾取机构总成在水平平面内的回转；

所述的拾取机构总成包括夹具头及摄像头传感器(12)、夹具旋转轴(13)、气缸大端(14)、气缸小端(15)、上夹具(16)、下夹具(17)；所述的夹具头及摄像头传感器(12)与连接板(11)连接，夹具旋转轴(13)垂直安装在夹具头及摄像头传感器(12)内，可以在垂直方向内360°旋转；夹具旋转轴(13)末端与固定架连接，固定架与上夹具(16)连接；两个下夹具(17)通过两组气缸与上夹具连接，构成一个机械爪，气缸大端(14)与上夹具(16)铰接，气缸小端(15)与下夹具(17)铰接，通过气缸大端(14)余气缸小端(15)的直线伸缩可实现机械爪的闭合与张开；下夹具的齿间距为乒乓球直径的3/4，保证乒乓球、羽毛球、网球不从齿间掉出，也不会在拾取的过程中在机械爪内晃动；

所述的支撑总成包括四个悬挂弹簧(51)、尾盖气缸小端(40)、尾盖气缸大端(41)、尾盖(42)、横板(48)、底板(27)、底部加强肋板(38)；所述的四个悬挂弹簧(51)与动力总成配合使用保证麦克纳姆四轮触地，悬挂弹簧(51)上下两端分别与麦克纳姆轮(5)和麦克纳姆轮固定架(34)固连；尾盖气缸小端(40)与尾盖(42)铰接，尾盖气缸大端(41)与外壳(43)铰接，尾盖气缸小端(40)与尾盖气缸大端(41)反相运动时，尾盖打开，内部收集箱(39)在曲柄连杆机构(50)的作用下即可伸出，将球放入指定位置；横板(48)固定在壳体内部靠前位置，为分拣总成提供定位和支撑；所述的底板(27)承担机器人全部重量；

所述的分拣总成主要包括网球分拣道(44)、乒乓球分拣道(45)、羽毛球分拣道(46)、乒乓球网球收集道(4)、羽毛球收集道(56)、蜗轮(29)、蜗杆(30)、分球盘(1)、顶部盖板(2)，分球盘挡板(3)、分拣装置驱动电机(36)、分拣装置变速箱(37)、收集箱(39)，分拣盘中心轴(60)、行星轮深沟球轴承(61)、行星轮(62)、固定齿圈(63)、行星齿轮轴(64)、中心太阳轮(67)；所述的分球盘(1)底部为圆盘结构，其上设有六个扇形槽，容纳乒乓球和网球；收集箱(39)内部由两个隔板分成三个储球室；分拣道包括网球分拣道(44)、乒乓球分拣道(45)、羽毛球分拣道(46)，一端分别对准收集箱(39)的三个储球室，其中网球分拣道(44)、乒乓球分拣道(45)另一端对准分球盘挡板(3)上预留的孔，羽毛球分拣道(46)另一端与羽毛球收集道(56)对接构成连续通道；羽毛球收集道(56)另一端开口在顶部盖板(2)右上方，左上方对称位置的是乒乓球网球收集道(4)的开口，顶部盖板(2)安装在外壳(43)上方中心位置；所述的分球盘挡板(3)固定在横板(48)上，其上开有乒乓球和网球通过的孔；所述的分拣装置变速箱(37)内含六个斜齿轮(57)构成二级减速器，锥齿轮(58)改变动力输出方向，其中斜齿轮(57)所配合的轴通过螺母(59)固定，其将分拣装置驱动电机(36)的转动直接传递给蜗杆(30)；蜗轮(29)与蜗杆(30)带动分拣盘中心轴(60)转动，分拣盘中心轴(60)转动带动中心太阳轮(67)转动；中心太阳轮(67)和三个行星轮(62)、固定齿圈(63)构成周转轮系，每个行星轮(62)通过行星轮深沟球轴承(61)和行星齿轮轴(64)连接，同时行星齿轮轴(64)和分球盘(1)通过行星齿轮轴圆螺母(66)固连；固定齿圈(63)和横板(48)连接，固定在外壳(43)上；

所述的拾取机构总成将球放入乒乓球网球收集道(4)、羽毛球收集道(56)，进入分拣总成；收集箱顶出电机(68)和分拣装置驱动电机(36)固定在底板(27)统一水平面内，收集箱顶出电机(68)通过曲柄连杆机构(50)，实现收集箱(39)的伸出与缩回；收集箱(39)内部分由两个隔板分为三个槽，三个槽分别与球经网球分拣道(44)、乒乓球分拣道(45)、羽毛球分拣道(46)连通，不同的球经不同分拣道落入不同位置；

所述的使用方法，步骤如下：

机器人通过摄像头传感器自主识别球的种类和具体空间坐标，给动力总成的麦克纳姆轮驱动电机(33)发出运动指令，控制四个麦克纳姆轮移动；所述的四个麦克纳姆轮同时正转可向前运动，同时反转可向后运动，同时相向转动可左右平移，某对角线上两轮同时转动可斜向移动；

正常状态下，变幅机构方向和车身侧面平行，机器人运动到拾取机构总成工作范围内，变幅总成开始工作，通过两个大臂驱动电机(47)控制九杆机构水平和和竖直变幅，通过伸缩平台伺服电机(32)带动齿条(31)以及伸缩平台(28)前后伸缩，达到辅助变幅的目的；之后拾取机构总成工作，下夹具(17)闭合，将球拾起；拾取完毕后回转总成工作，旋转驱动电机(25)工作，使旋转拖板(53)转动，控制夹具移动到羽毛球收集道(56)和乒乓球网球收集道(4)上方，下夹具(17)张开，球落入分拣总成；

分拣总成内，若判断球为羽毛球，则球直接通过羽毛球收集道(56)进入收集箱(39)中；若判断为乒乓球或网球，球首先通过乒乓球网球收集道(4)落入分球盘(1)中，分拣装置驱动电机(36)通过分拣装置变速箱(37)减速将动力传递给蜗杆蜗轮(29)，通过周转轮系使得分球盘(1)逆时针旋转，分球盘(1)内的球在离心力的作用下会沿分球盘挡板(3)转动，首先乒乓球掉出，通过乒乓球分拣道(45)落入收集箱(39)内；之后网球掉出，通过网球分拣道(44)落入收集箱(39)内；气缸伸长控制尾盖(42)打开，收集箱顶出电机(68)工作通过曲柄连杆机构(50)推动收集箱(39)伸出，将球放入指定位置。

2.根据权利要求1所述的一种收集分类捡球机器人的使用方法，其特征在于，所述的动力总成中每套麦克纳姆轮驱动系统包括1个麦克纳姆轮(5)、1个麦克纳姆轮电机减速箱(26)、1个麦克纳姆轮驱动电机(33)、1个麦克纳姆轮固定架(34)、1个滚动轴承(35)、1个麦克纳姆轮悬架(49)、1个十字联轴器(55)；麦克纳姆轮驱动电机(33)主轴与其上齿轮通过键固定连接，并通过螺母实现轴向定位，并将动力输入与麦克纳姆轮固定架(34)固连的麦克纳姆轮电机减速箱(26)，滚动轴承(35)将输出动力传递给与麦克纳姆轮(5)铰接的十字联轴器(55)，同时麦克纳姆轮(5)与麦克纳姆轮悬架(49)铰接。

3.根据权利要求1或2所述的一种收集分类捡球机器人的使用方法，其特征在于，所述的九杆机构自由度为2，包括两个大臂(6)、两个小臂(10)、一个连杆A(7)、一个连杆B(9)、一个连杆C(52)、一个三位连接板(8)、一个连接板(11)，九杆机构分为两层，外层包括：左侧大臂(6)与左侧立板(54)铰接，右侧大臂(6)与右侧大齿轮(18)固连，两个大臂(6)末端与两个小臂(10)分别铰接，小臂末端与连接板(11)连接，两个立板(54)与旋转拖板相连；内层包括：连杆C(52)一端与连杆固定立板(19)铰接，另一端与三位连接板(8)孔C铰接，三位连接板(8)孔B与连杆B(9)铰接，同时连杆B(9)另一端与连接板(11)铰接，三位连接板(8)孔A与连杆A(7)铰接，同时连杆A(7)另一端与左侧大齿轮(18)上的销孔铰接。

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