CN111185911A

CN111185911A - 一种乒乓球发球机器人的硬件平台系统

Info

Publication number: CN111185911A
Application number: CN202010107768.4A
Authority: CN
Inventors: 杨跞; 王秋苹; 张海波; 许楠; 刘福川
Original assignee: Siasun Co Ltd
Current assignee: Shanghai Chuangyi Technology Co.,Ltd.
Priority date: 2020-02-21
Filing date: 2020-02-21
Publication date: 2020-05-22

Abstract

本发明涉及一种乒乓球发球机器人的硬件平台系统，包括主控制器、电机，所述电机包括有控制进球的进球电机、驱动球拍挥动的挥拍电机、调整球拍姿态的姿态电机、调整球拍挥动角度的角度电机、驱动机器人腰部转动的转动电机、控制出球的出球电机，所述主控制器通过进球电机驱动模块控制进球电机运动，所述主控制器通过CAN总线模块控制挥拍电机运动，所述主控制器通过调整电机驱动模块控制姿态电机、角度电机、转动电机和出球电机的运动，所述主控制器通过RS232总线模块与触摸屏操作软件通信连接以配置发球的关节角度、发球落点位置、发球速度、角度及旋转方向等参数，所述主控制器的数字量输出模块控制击球电磁铁的开合以将乒乓球击发出去。采用球拍发球的方式而不是双轮挤出的方式，这样可以提前通过手臂动作获得球的旋转信息，整体比传统发球机器人更加拟人化和智能化。

Description

一种乒乓球发球机器人的硬件平台系统

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体涉及一种乒乓球发球机器人的硬件平台系统。

背景技术

随着人们健身意识的加强和生活水平的日益提高，人们对运动器材的需求越来越大。乒乓球是最受国人热爱的运动之一，乒乓球发球机器人也越来越多地被家庭选为家用健身运动器材。同时，乒乓球发球机器人也是运动场馆中运动器材的必备，更是乒乓球训练基地所必需的运动器材。

现有技术中的发球机器人，其发出的球是通过两轮挤压后，由吐球口吐出。乒乓球不是通过球拍撞击发出，无法模拟真人发球效果。同时，现有技术中的乒乓球发球机器人通常采用伺服电机控制各个关节，成本高。有鉴于此，本发明提出采用PWM波控制步进电机的方式，在主控制器内集成了步进电机驱动器，使得硬件平台系统成本更低。

发明内容

本发明意在提供一种乒乓球发球机器人的硬件平台系统，以解决现有技术中存在的不足，本发明要解决的技术问题通过以下技术方案来实现。

一种乒乓球发球机器人的硬件平台系统，包括主控制器、电机，其改进之处在于：所述电机包括有控制进球的进球电机、驱动球拍挥动的挥拍电机、调整球拍姿态的姿态电机、调整球拍挥动角度的角度电机、驱动机器人腰部转动的转动电机、控制出球的出球电机，所述主控制器通过进球电机驱动模块控制进球电机运动，所述主控制器通过CAN总线模块控制挥拍电机运动，所述主控制器通过调整电机驱动模块控制姿态电机、角度电机、转动电机和出球电机的运动，所述主控制器通过RS232总线模块与触摸屏操作软件通信连接以配置发球的关节角度、发球落点位置、发球速度、角度及旋转方向等参数，所述主控制器的数字量输出模块控制击球电磁铁的开合以将乒乓球击发出去。

优选的，所述进球电机为直流有刷电机，所述挥拍电机为伺服电机，所述姿态电机、角度电机、转动电机和出球电机为步进电机。

优选的，所述调整电机驱动模块的电路集成在主控制器内，所述调整电机驱动模块通过PWM波控制步进电机的转动。

优选的，所述调整电机驱动模块同时支持T型算法和S型算法，利用步进电机的原点检测功能，通过主控制器的数字量输入模块检测原点开关的找零信号。

优选的，所述主控制器还通过以太网模块与上位机操作软件交互信息；所述上位机操作软件进行发球落点位置、发球速度、角度以及旋转方向的设置，及CAN总线模块的波特率设置，以及收集发球的各项参数并保存在日志中，分析发球的准确度。

优选的，所述主控制器的电源管理模块还包括防浪涌模块、防反接模块、宽电压输入模块、过流保护模块。

优选的，所述主控制器的数字量输出模块控制三色灯带，三色灯带的三种颜色分别表示运行状态、故障状态、报警信息待处理状态。

优选的，所述主控制器的数字量输入模块连接急停按钮、开关信号和堵球器传感器信号。

与现有技术相比，本发明的硬件平台系统集成了步进电机驱动、直流有刷电机驱动、以太网模块、RS232总线模块、CAN总线模块、数字量输入检测以及数字量输出控制等多种功能为一体。采用伺服电机控制乒乓球球拍的挥动，主控制器通过CAN总线下达指令给伺服驱动器，驱动器执行相应指令控制电机的运动进而操控球拍动作。采用球拍发球的方式而不是双轮挤出的方式，这样可以提前通过手臂动作获得球的旋转信息，整体比传统发球机器人更加拟人化和智能化。

附图说明

图1为本发明的结构框图一；

图2为本发明的结构框图二。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

实施例1：

参照图1，一种乒乓球发球机器人的硬件平台系统，包括主控制器、电机，所述电机包括有控制进球的进球电机、驱动球拍挥动的挥拍电机、调整球拍姿态的姿态电机、调整球拍挥动角度的角度电机、驱动机器人腰部转动的转动电机、控制出球的出球电机，所述主控制器通过进球电机驱动模块控制进球电机运动，所述主控制器通过CAN总线模块控制挥拍电机运动，所述主控制器通过调整电机驱动模块控制姿态电机、角度电机、转动电机和出球电机的运动，所述主控制器通过RS232总线模块与触摸屏操作软件通信连接以配置发球的关节角度、发球落点位置、发球速度、角度及旋转方向等参数，所述主控制器的数字量输出模块控制击球电磁铁的开合以将乒乓球击发出去。

本实施例中，“调整球拍姿态的姿态电机”中的“球拍姿态”，是指球拍相对于转轴转动以形成击打上弦、下弦、无弦等的姿态；“调整球拍挥动角度的角度电机”中的“挥动角度”，是指球拍与大地水平面之间的角度。

优选的，所述触摸屏操作软件与主控制器通信连接，采用自定义协议，通过指令配置发球的关节角度、发球落点位置、发球速度、角度及旋转方向等参数。参数设定成功后，会保存在掉电不丢失数据的EEPROM中，设备重启后，数据可恢复。

优选的，主控制器根据配置的发球落点位置参数计算挥拍角度，并控制角度电机运动指定角度。

实施例2：

参照图2，在实施例1的基础上，所述进球电机为直流有刷电机，所述挥拍电机为伺服电机，所述姿态电机、角度电机、转动电机和出球电机为步进电机。

优选的，调整电机驱动模块为步进电机驱动模块，进球电机驱动模块为直流有刷电机驱动模块。

实施例3：

在实施例2的基础上，所述调整电机驱动模块的电路集成在主控制器内，所述调整电机驱动模块通过PWM波控制步进电机的转动。

实施例4：

在实施例2或3的基础上，所述调整电机驱动模块同时支持T型算法和S型算法，利用步进电机的原点检测功能，通过主控制器的数字量输入模块检测原点开关的找零信号。

本实施例中，通过利用步进电机的原点检测功能并通过主控制器的数字量输入模块检测原点开关的找零信号，从而更加精确控制步进电机的旋转位置。

实施例5：

在前述任一实施例的基础上，所述主控制器还通过以太网模块与上位机操作软件交互信息；所述上位机操作软件进行发球落点位置、发球速度、角度以及旋转方向的设置，CAN总线模块的波特率设置，以及收集发球的各项参数并保存在日志中，分析发球的准确度。

实施例6：

在前述任一实施例的基础上，所述主控制器的电源管理模块还包括防浪涌模块、防反接模块、宽电压输入模块、过流保护模块。

通过设置防浪涌模块、防反接模块、宽电压输入模块、过流保护模块，可以有效防止因机器人系统外部电磁干扰和/或伺服干扰引起的异常动作。

实施例7：

在前述任一实施例的基础上，所述主控制器的数字量输出模块控制三色灯带，三色灯带的三种颜色分别表示运行状态、故障状态、报警信息待处理状态。

优选的，所述三色灯带为RGB三色灯带，三种颜色分别为绿色、黄色和红色，绿色表示系统处于运行状态，黄色表示系统故障，红色表示系统有待处理的报警信息。

实施例8：

在前述任一实施例的基础上，所述主控制器的数字量输入模块连接急停按钮、开关信号和堵球器传感器信号。

如果主控制器检测到急停按钮是被按下的，则控制整个系统立即停机；如果检测到步进电机原点开关信号，则开始从零点运转步进电机；如果检测到送球有堵转，则停止送球并反馈故障信息。

应该指出，上述详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语均具有与本申请所属技术领域的普通技术人员的通常理解所相同的含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请所述的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位，如旋转90度或处于其他方位，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

在上面详细的说明中，参考了附图，附图形成本文的一部分。在附图中，类似的符号典型地确定类似的部件，除非上下文以其他方式指明。在详细的说明书、附图及权利要求书中所描述的图示说明的实施方案不意味是限制性的。在不脱离本文所呈现的主题的精神或范围下，其他实施方案可以被使用，并且可以作其他改变。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种乒乓球发球机器人的硬件平台系统，包括主控制器、电机，其特征在于：所述电机包括有控制进球的进球电机、驱动球拍挥动的挥拍电机、调整球拍姿态的姿态电机、调整球拍挥动角度的角度电机、驱动机器人腰部转动的转动电机、控制出球的出球电机，所述主控制器通过进球电机驱动模块控制进球电机运动，所述主控制器通过CAN总线模块控制挥拍电机运动，所述主控制器通过调整电机驱动模块控制姿态电机、角度电机、转动电机和出球电机的运动，所述主控制器通过RS232总线模块与触摸屏操作软件通信连接以配置发球的关节角度、发球落点位置、发球速度、角度及旋转方向等参数，所述主控制器的数字量输出模块控制击球电磁铁的开合以将乒乓球击发出去。

2.根据权利要求1所述的一种乒乓球发球机器人的硬件平台系统，其特征在于：所述进球电机为直流有刷电机，所述挥拍电机为伺服电机，所述姿态电机、角度电机、转动电机和出球电机为步进电机。

3.根据权利要求2所述的一种乒乓球发球机器人的硬件平台系统，其特征在于：所述调整电机驱动模块的电路集成在主控制器内，所述调整电机驱动模块通过PWM波控制步进电机的转动。

4.根据权利要求2或3所述的一种乒乓球发球机器人的硬件平台系统，其特征在于：所述调整电机驱动模块同时支持T型算法和S型算法，利用步进电机的原点检测功能，通过主控制器的数字量输入模块检测原点开关的找零信号。

5.根据权利要求1所述的一种乒乓球发球机器人的硬件平台系统，其特征在于：所述主控制器还通过以太网模块与上位机操作软件交互信息；所述上位机操作软件进行发球落点位置、发球速度、角度以及旋转方向的设置，及CAN总线模块的波特率设置，以及收集发球的各项参数并保存在日志中，分析发球的准确度。

6.根据权利要求1所述的一种乒乓球发球机器人的硬件平台系统，其特征在于：所述主控制器的电源管理模块还包括防浪涌模块、防反接模块、宽电压输入模块、过流保护模块。

7.根据权利要求1所述的一种乒乓球发球机器人的硬件平台系统，其特征在于：所述主控制器的数字量输出模块控制三色灯带，三色灯带的三种颜色分别表示运行状态、故障状态、报警信息待处理状态。

8.根据权利要求1所述的一种乒乓球发球机器人的硬件平台系统，其特征在于：所述主控制器的数字量输入模块连接急停按钮、开关信号和堵球器传感器信号。