CN109718514A - 智能捡球机器人 - Google Patents

Abstract

本发明属于智能机器人技术领域，具体涉及一种智能捡球机器人，包括移动载体、安装在移动载体上的用于驱动机架运动的行走机构、设置在机架上的捡球装置、设置在移动载体上用于识别篮球的识别模块；无本发明通过识别模块识别篮球并进行定位，行走机构驱动移动载体靠近篮球，再通过捡球装置将篮球捡起，可自动识别篮球并执行捡球操作，实现对散落的篮球进行定位、抓取的操作，节约捡球时间，无需人力捡球，提高训练时的流畅性，尤其对于职业球员，在训练时，可减少负责捡球的人员配备，减少训练时的成本输出。

Description

智能捡球机器人

技术领域

本发明属于智能机器人技术领域，特别涉及一种智能捡球机器人。

背景技术

随着社会文明的不断发展，智能化逐渐走进人们日常生活中，捡球机器人作为服务机器人的一大种类。而随着人们生活质量的提高，由于人们惰性带来的一系列身体问题逐渐引起人们对体育运动的重视。如果能将体育运动中一些服务性的工作交给机器人来完成，那么体育运动就达到了一种自动化加娱乐性的双重效果了。篮球作为一种时尚的运动已经以飞快的步伐走入大家的生活当中，目前我们身边有了越来越多的篮球场，也有了越来越多的人爱好上了篮球这项运动。但由于篮球的训练强度比较大，如果人为的去捡起大量散落在场地上的球，势必会增加运动员的体能消耗并且会浪费大量的训练时间，影响训练的连续性、流畅性。即便是找人陪练也是一项比较艰苦的工作，且不够经济实惠。并且对于其他以打篮球作为运动健身、休闲娱乐的人们来说，频繁的捡球会减弱他们对篮球甚至是对运动的兴趣与积极性。

鉴于上诉不足，为克服这一问题，设计了一款自动、便捷、高效、经济实惠的捡球机器人。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种智能捡球机器人，其兼具自动、便捷、高效、经济实惠的优点。

本发明的智能捡球机器人，包括移动载体、安装在移动载体上的用于驱动机架运动的行走机构、设置在机架上的捡球装置、设置在移动载体上用于识别篮球的识别模块。

进一步，所述捡球装置包括安装于移动载体上的机械臂组件以及与机械臂组件端部连接的捡球机构，所述机械臂组件可被驱动的转换方位并可被驱动的伸缩带动捡球机构捡拾篮球。

进一步，所述捡球机构包括用于张开以松开篮球和闭合以抓紧篮球的多个捡球爪以及驱动捡球爪形成张开、闭合动作的抓持驱动机构，所述捡球爪包括用于夹持篮球的爪体，所述爪体的抓持面有与球体相适应的圆弧面以及位于圆弧面上下两端的防滑纹。

进一步，所述抓持驱动机构包括连接在机械臂组件上用于安装捡球爪的基架、设置在基架上可实现往复运动的驱动件以及连接在驱动件与各个捡球爪之间用于将驱动件的往复运动传递至捡球爪使其张开、闭合的传动件，所述捡球爪围绕驱动件往复运动的中轴线周向分布。

进一步，所述捡球爪为三段式结构分别为与基架固定连接的基底、与基底通过转动副转动配合的细板以及与细板自由端固定连接的爪体。

进一步，还包括设置在移动载体上用于存储篮球的储球装置。

进一步，所述机械臂组件包括竖向设置且与移动载体转动配合的转向臂、与转向臂滑动配合可竖向往复运行的横向臂、与横向臂滑动配合可横向往复运行的纵向臂以及分别驱动转向臂转动、横向臂和纵向臂的滑动的转向驱动件、纵向驱动件以及横向驱动件；所述捡球机构连接在纵向臂上。

进一步，所述纵向驱动件以及横向驱动件包括齿条、与齿条啮合的齿轮以及驱动齿轮转动的齿轮驱动件，所述齿条分别固定连接在转向臂以及横向臂上并沿其走向方向延伸，所述齿轮分别设置于横向臂以及纵向臂上并分别与设置在转向臂以及横向臂上的齿条啮合。

进一步，所述识别模块至少包括用于检测球体位置的摄像头。

进一步，所述行走机构机构包括驱动轮、为驱动轮提供动力的行走动力装置以及与驱动轮连接用于转向的转向结构，所述转向结构包括通过转向驱动装置驱动转动的主动连杆、与主动连杆转动副配合的中间连杆、与中间连杆另一端转动配合的转向架；所述转向架包括分别连接在一对驱动轮上的两个从动连杆以及通过转动副配合连接两个从动连杆的连接杆。

本发明的有益效果：

本发明通过识别模块识别篮球并进行定位，行走机构驱动移动载体靠近篮球，再通过捡球装置将篮球捡起，可自动识别篮球并执行捡球操作，实现对散落的篮球进行定位、抓取的操作，节约捡球时间，无需人力捡球，提高训练时的流畅性，尤其对于职业球员，在训练时，可减少负责捡球的人员配备，减少训练时的成本输出；

本发明通过机械臂组件的转换可方便的对各个方向的篮球进行捡拾操作，且机械组件可伸缩，方便对角落等位置狭小移动载体难以进入的区域进行捡拾操作，提高了捡球机器人的适用范围；

本发明的爪体的抓持面有与球体相适应的圆弧面以及位于圆弧面上下两端的防滑纹，通过此结构保证夹持的可靠稳定，并且在机械臂组件上下移动量发生误差时，也可有效抓取篮球并保护篮球不被其他零部件的尖锐棱角损伤，此结构增大了机械臂组件的误差余量，减小了对机械臂组件执行精度的要求，进一步减小了机器人的成本；

本发明可边捡球边存储，其捡球效率高，一次性可捡多个球，无需捡球送球往复折返。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明等轴测结构示意图；

图2为捡球爪结构示意图1；

图3为捡球爪结构示意图2；

图4为本发明底部结构示意图；

图5为转向臂结构示意图；

具体实施方式

图1为本发明等轴测结构示意图；图2为捡球爪结构示意图1；图3为捡球爪结构示意图1；图4为本发明底部结构示意图；图5为转向臂结构示意图；

本实施例中上、下均以图1中的上下方向来说，真实产品中可为与图中方向一一对应关系；

如图所示：本实施例智能捡球机器人，包括移动载体11、安装在移动载体上的用于驱动机架运动的行走机构、设置在机架上的捡球装置、设置在移动载体上用于识别篮球的识别模块；此结构通过识别模块识别篮球并进行定位，行走机构驱动移动载体靠近篮球，再通过捡球装置将篮球捡起，可自动识别篮球并执行捡球操作，实现对散落的篮球进行定位、抓取的操作，节约捡球时间，无需人力捡球，提高训练时的流畅性，尤其对于职业球员，在训练时，可减少负责捡球的人员配备，减少训练时的成本输出。

本实施例中，所述捡球装置包括安装于移动载体上的机械臂组件以及与机械臂组件端部连接的捡球机构，所述机械臂组件可被驱动的转换方位并可被驱动的伸缩带动捡球机构捡拾篮球；通过机械臂组件的转换可方便的对各个方向的篮球进行捡拾操作，且机械组件可伸缩，方便对角落或狭缝等移动载体难以进入的狭小区域进行篮球的捡拾操作，增大了捡球机器人的适用范围；机械臂组件可采用万象结实现转向或通过转轴转动实现转向，其伸缩可通过机械式、电动式或液压式等方式实现伸缩，当采用机械式时，可通过螺纹传动将旋转运动转化为直线运动实现伸缩，也可通过齿轮齿条配合实现直线运动的伸缩，采用电动式时，可通过直线电机实现伸缩，采用液压式时可通过液压缸实现伸缩，具体不在赘述。

本实施例中，所述捡球机构包括用于张开以松开篮球和闭合以抓紧篮球的多个捡球爪以及驱动捡球爪形成张开、闭合动作的抓持驱动机构，所述捡球爪包括用于夹持篮球的爪体9，所述爪体的抓持面有与球体相适应的圆弧面以及位于圆弧面上下两端的防滑纹25；捡球爪与篮球接触的一面设置有防滑纹路，捡球爪与篮球接触一面呈与篮球相适应的弧形，当然也可以是三角形等其他形状，通过此结构保证夹持的可靠稳定，在捡球爪张开时，其开口端大于篮球的直径，并将篮球包裹于捡球爪展开的区域内，当捡球爪闭合时，通过多个捡球爪的配合对篮球形成抓持动作，驱动机构可设置一个，通过一个驱动装置实现对多个捡球爪的同步运行，当然驱动装置也可以设置为多个，每个捡球爪单独配备一个驱动装置，通过驱动装置独立驱动每个捡球爪的运动，具体不在赘述；圆弧面为爪体上主要与篮球接触的面，多个爪体的圆弧面合为成用于包裹篮球表面的球体状，在圆弧面上端设置防滑纹，在爪体张开抓取篮球时，当机械臂组件过移动，导致爪体下移量过大时，爪体会对篮球造成压力，此时通过爪体上方的防滑纹与篮球表面接触，通过摩擦力防止爪体相对篮球表面下滑，即防止篮球顶部向机械臂组件一侧移动，而机械臂组件或篮球顶部的零部件上有尖锐的棱角以及螺杆的端部，可通过防滑纹的设置使得爪体整体下压篮球将篮球压变形，而篮球顶部与机械臂组件之间或篮球顶部与其上方的零部件之间始终保持一定间距，使得篮球只与爪体接触不与其他部件接触，有效避免了篮球被刺破损坏的风险；而当机械臂组件过移动，导致爪体下移量过小时，此时圆弧面不能与篮球有效贴合，通过圆弧面下端的防滑纹与篮球外表面配合，通过二者的摩擦力对篮球实现抓取，通过此结构设置，在机械臂组件上下移动量发生误差时，也可有效抓取篮球并保护篮球不被其他零部件的尖锐棱角损伤，此结构增大了机械臂组件的误差余量，减小了对机械臂组件执行精度的要求，进一步减小了机器人的成本。

本实施例中，所述抓持驱动机构包括连接在机械臂组件上用于安装捡球爪的基架、设置在基架上可实现往复运动的驱动件以及连接在驱动件与各个捡球爪之间用于将驱动件的往复运动传递至捡球爪使其张开、闭合的传动件，所述捡球爪围绕驱动件往复运动的中轴线周向分布；基架包括上圆板1和下圆板2以及将上下圆板连接起来形成框架结构的螺钉，其中上圆板固定连接在机械臂组件上，驱动件包括电机3、通过电机驱动转动的螺杆4以及与螺杆螺纹副传动配合的驱动块5，所述电机设置在上、下圆板之间，螺杆穿过下圆板与位于下圆板下方的驱动块螺纹副传动配合，传动件6两端分别与驱动块和捡球爪中部通过转动副配合连接，捡球爪沿着下圆板周向均匀分布，为保证抓持的稳定性，应至少在设置三个捡球爪，本实施例设置有四个捡球爪，当然也可以设置五个或六个等其他数量的捡球爪，此处不再赘述，驱动件并不仅限于电机、螺杆与驱动块的组合，也可是采用液压缸、驱动块的组合或者气缸与驱动块的组合结构以及采用其他形式的驱动结构，此处不再赘述，此结构通过单个驱动件实现对多个捡球爪的捡拾动作，简化了爪体的结构，使得整体结构紧凑，增加了整体一致性。

本实施例中，所述捡球爪为三段式结构分别为与基架固定连接的基底7、与基底通过转动副转动配合的细板8以及与细板自由端固定连接的爪体9；所述基底为周向均布在下圆板上并沿其径向延伸的板状结构，细板设置有平行布置的两组，每组中有两个细板呈夹持状态分布在基板两侧，每组细板通过贯穿的螺栓与基板实现转动副转动配合，每组细板的自由端将爪体夹持在中间并通过贯穿的螺栓实现固定连接，其中爪体上供螺栓穿过的通孔可设置为腰型孔，通过腰型孔预留调整余量用来调整爪体与细板之间的角度，通过两组细板对爪体实现有可靠稳定的连接，防止爪体松动，提供抓持球的可靠性；当然，细板也可设置为一组，当然为了避免在抓持球体时爪体受力与细板发生相对转动，细板与爪体之间可设置防止二者发生相对转动的限位结构，此处不再赘述。

本实施例中，还包括设置在移动载体上用于存储篮球的储球装置10；储球装置为设置于移动载体上的储球槽，类似车厢结构，在捡球爪捡拾到篮球后，通过机械臂组件的方位转换使得篮球位于储球槽上方，捡球爪张开将篮球放至储球装置内，储球槽腔体大小依据适用场地而定，可增大其腔体体积存储更多的篮球，此结构可边捡球边存储，其捡球效率高，一次性可捡多个球，无需捡球送球往复折返。

本实施例中，所述机械臂组件包括竖向设置且与移动载体转动配合的转向臂12、与转向臂滑动配合可竖向往复运行的横向臂13、与横向臂滑动配合可横向往复运行的纵向臂14以及分别驱动转向臂转动、横向臂和纵向臂的滑动的转向驱动件、纵向驱动件以及横向驱动件；所述捡球机构连接在纵向臂上；转向臂12与设置于移动载体内的转向驱动件27驱动配合连接，转向驱动件采用电机，电机转子与转向臂传动配合，可采用步进电机或伺服电机配备编码器的方案对转向臂实现精确转向，通过转向臂以及横、纵向臂的配合实现捡球爪的方位转换和伸缩功能，机械臂组件设置于移动载体头部位置，即其前进方向一端，此结构的机械臂组件其配合简单易于控制。

本实施例中，所述纵向驱动件以及横向驱动件包括齿条15、与齿条啮合的齿轮16以及驱动齿轮转动的齿轮驱动件17，所述齿条分别固定连接在转向臂以及横向臂上并沿其走向方向延伸，所述齿轮分别设置于横向臂以及纵向臂上并分别与设置在转向臂以及横向臂上的齿条啮合；齿轮驱动件为电机，当然也可以采用燃油驱动或燃气驱动等驱动件作为动力输出件，电机驱动齿轮转动，齿轮沿着齿条滚动，通过齿条和齿轮的配合将齿轮的转动转化为机械臂的直线移动，此结构通过电机的转动角度控制即可以实现对机械臂移动距离的精确控制，方便捡球爪的精确定位，提高了定位精度。

本实施例中，所述识别模块至少包括用于检测球体位置的摄像头18；本实施例中采用360度双摄像头全方位探球，两个摄像头分别位于移动载体头部两侧，通过摄像头将不同角度采集到的图片信息发送给中央处理器，通过中央处理器的图片合成计算出篮球的三维位置实现篮球的准确定位，中央处理器将信号发送至行走机构、机械臂组件以及捡球爪的驱动件上，实现移动载体靠近篮球、机械臂组件转换方位靠近篮球、捡球爪捡拾篮球的动作，此结构捡球动作连续，捡球效率高，捡球速度快，可实现对散落篮球精确定位和抓取。

本实施例中，所述行走机构机构包括驱动轮19、为驱动轮提供动力的行走动力装置26以及与驱动轮连接用于转向的转向结构，所述转向结构包括通过转向驱动装置驱动转动的主动连杆20、与主动连杆转动副配合的中间连杆21、与中间连杆另一端转动配合的转向架；所述转向架包括分别连接在一对驱动轮上的两个从动连杆22以及通过转动副配合连接两个从动连杆的连接杆23；两个从动连杆、连接杆以及一对驱动轮形成了四连杆结构，通过中间连杆的摆动驱动两个从动连杆的摆动从而实现一对驱动轮的转向，主动连杆20不限于杆状结构，其可以设置为圆盘状结构与中间连杆通过偏心连接实现摇杆的功能，具体不在赘述；驱动轮采用橡胶轮胎，此结构的驱动轮适用于篮球场行走，可避免轮体损坏篮球场橡胶场地；驱动轮采用四轮前驱布置方式，前驱的两个驱动轮通过差速器24连接，行走动力装置通过差速器将动力输出至前驱的两个驱动轮上实现移动载体的驱动，本实施例中行走动力装置采用电机，当然也可以采用燃油发动机或燃气发动机等驱动装置，此处不再赘述。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种智能捡球机器人，其特征在于：包括移动载体、安装在移动载体上的用于驱动机架运动的行走机构、设置在机架上的捡球装置、设置在移动载体上用于识别篮球的识别模块。

2.根据权利要求1所述的智能捡球机器人，其特征在于：所述捡球装置包括安装于移动载体上的机械臂组件以及与机械臂组件端部连接的捡球机构，所述机械臂组件可被驱动的转换方位并可被驱动的伸缩带动捡球机构捡拾篮球。

3.根据权利要求2所述的智能捡球机器人，其特征在于：所述捡球机构包括用于张开以松开篮球和闭合以抓紧篮球的多个捡球爪以及驱动捡球爪形成张开、闭合动作的抓持驱动机构，所述捡球爪包括用于夹持篮球的爪体，所述爪体的抓持面有与球体相适应的圆弧面以及位于圆弧面上下两端的防滑纹。

4.根据权利要求3所述的智能捡球机器人，其特征在于：所述抓持驱动机构包括连接在机械臂组件上用于安装捡球爪的基架、设置在基架上可实现往复运动的驱动件以及连接在驱动件与各个捡球爪之间用于将驱动件的往复运动传递至捡球爪使其张开、闭合的传动件，所述捡球爪围绕驱动件往复运动的中轴线周向分布。

5.根据权利要求4所述的智能捡球机器人，其特征在于：所述捡球爪为三段式结构分别为与基架固定连接的基底、与基底通过转动副转动配合的细板以及与细板自由端固定连接的爪体。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的智能捡球机器人，其特征在于：还包括设置在移动载体上用于存储篮球的储球装置。

7.根据权利要求2所述的智能捡球机器人，其特征在于：所述机械臂组件包括竖向设置且与移动载体转动配合的转向臂、与转向臂滑动配合可竖向往复运行的横向臂、与横向臂滑动配合可横向往复运行的纵向臂以及分别驱动转向臂转动、横向臂和纵向臂的滑动的转向驱动件、纵向驱动件以及横向驱动件；所述捡球机构连接在纵向臂上。

8.根据权利要求7所述的智能捡球机器人，其特征在于：所述纵向驱动件以及横向驱动件包括齿条、与齿条啮合的齿轮以及驱动齿轮转动的齿轮驱动件，所述齿条分别固定连接在转向臂以及横向臂上并沿其走向方向延伸，所述齿轮分别设置于横向臂以及纵向臂上并分别与设置在转向臂以及横向臂上的齿条啮合。

9.根据权利要求1所述的智能捡球机器人，其特征在于：所述识别模块至少包括用于检测球体位置的摄像头。

10.根据权利要求1所述的智能捡球机器人，其特征在于：所述行走机构机构包括驱动轮、为驱动轮提供动力的行走动力装置以及与驱动轮连接用于转向的转向结构，所述转向结构包括通过转向驱动装置驱动转动的主动连杆、与主动连杆转动副配合的中间连杆、与中间连杆另一端转动配合的转向架；所述转向架包括分别连接在一对驱动轮上的两个从动连杆以及通过转动副配合连接两个从动连杆的连接杆。