CN111346351A - 基于摩擦轮的捡乒乓球机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于摩擦轮的捡乒乓球机器人及其自动捡乒乓球方法，所述捡乒乓球机器人包括行走机构、聚拢装置、捡球机构、储球机构、可拆卸电路板机构、可拆卸外壳机构、控制系统、地图建模系统、视觉系统。所述捡球机构包括摩擦轮、无刷电机、斜坡、电调构成。行走机构为四个麦克纳姆轮和一个底盘。储球机构由一个可拆卸的储球盒及其固定装置构成。本发明利用乒乓球聚拢装置将机器人行进路线上的乒乓球聚集到两只摩擦轮中间，利用转动方向相反的摩擦轮通过挤压乒乓球来给予乒乓球一个初速度，能够令乒乓球沿着斜面滚动从而进入乒乓球的收集装置。本发明能通过精巧的结构将地面上散落的乒乓球进行收集。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术和机械设计领域，具体涉及一种基于摩擦轮的捡乒乓球机器人及其自动捡乒乓球方法。
技术背景
在乒乓球训练过程中，运动员会使用大量球进行训练，训练结束后依靠人工捡球，费时费力，影响运动员日常训练效率。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种基于摩擦轮的捡乒乓球机器人及其自动捡乒乓球方法的设计方案。所述机器人包括具有用于移动的运动机构、存储乒乓球的存储机构、收集乒乓球的捡球机构、电源装置、电池盒、可拆卸外壳、可拆卸电路板、控制整个机器人的控制系统、地图建模系统和视觉识别系统。机器人由多个可拆卸的模块组装而成。其中，乒乓球收集盒3使用底座扣合的固定方式，便于安装、拆卸；机器人的外壳2采用双滑轨方式固定；电路板固定于机器人底盘18的一个可拆卸平板23上，它采用一端通过螺丝固定，另一端扣合方式固定；电池盒19通过螺丝固定于底盘18下方，且电池盒19下侧设计有弹性装置，可以夹紧电池6防止机器人行进时电池6脱落。
所述运动机构由安装于机器人底盘18上的四组减速电机15和麦克纳姆轮5及其控制器组成，底盘18采用的是强度高的玻璃纤维板材，可以有效增强机器人的承重抗压能力。在底盘18上固定有线槽20，以便将电机15的电线收束于线槽20中。
所述储球机构可以拆卸，由储球盒底座4和储球盒3组成，在储球盒底座4上设置了两个弹性装置，在弹性装置的上端各设置了一个突起。相应的，在储球盒3两侧设计有两个凹槽，安装储球盒3时，储球盒底座4上弹性装置的突起会嵌合到储球盒3的凹槽，从而起到固定储球盒3的目的，当乒乓球收集满时可以方便地将储球盒3提出，倾倒乒乓球至指定位置。
所述收集乒乓球机构由无刷电机8、摩擦轮9、聚拢装置7和电调组成。所述聚拢装置7由两个“V”字形状的零件构成，当机器人前进时，聚拢装置7会把路径上的乒乓球聚集到机器人的中间。其主要工作原理为由电调驱动两个无刷电机8向相反的方向转动，安装于无刷电机8上的摩擦轮9具有一定弹性。当乒乓球被聚拢装置7聚拢到两个摩擦轮9中心位置时，通过摩擦轮9一定的形变，挤压乒乓球，使其具有向上的速度，从而可以沿着斜面10进入乒乓球储存机构中。
所述电源装置采用12V的锂电池分别给主处理器14、协处理器22以及收集装置的无刷电机8供电。
所述电池盒19采用3D打印技术制造，且在电池盒19下侧设计了弹性装置，当锂电池6放进电池盒19时会因弹性装置而被夹紧从而起到固定电池6的目的。电池盒19位于底盘18下侧使用铜柱22进行固定。
所述可拆卸外壳2采用3D打印技术制造。可拆卸功能通过固定在外壳2两端的滑块与固定于机器人底盘18上的导轨支架实现，这样即可通过滑轨滑块将外壳2固定或拆下。
所述可拆卸电路板主要由上下两块电路板22、可拆卸平板23、铜柱22、电路板保护壳21构成。电路板分别固定在可拆卸的平板24的上下两侧，主处理器电路板13固定在可拆卸的平板24上侧，协处理器电路板21固定在可拆卸的平板24下侧。上侧电路板由铜柱22安装固定，防止电路板下侧的零件和平板干涉。下面的电路板由于暴露在外面，所以加装了电路保护壳保护电路板防止损坏。并且电路保护壳上有数个洞，用于收束机器人底部繁杂的电路线。
所述机器人控制系统由两部分组成，分别为主要负责控制底层运动的协处理器系统和负责复杂运算任务的主处理器系统。两者相辅相成，相互配合，共同驱动机器人向正确的方向运动。
所述地图建模系统是采用激光雷达传感器1采集机器人周围的环境信息，将采集到的信息传递给主处理器，由主处理器根据这些信息建立机器人周边的地图模型。
所述视觉识别系统是采用深度摄像头24作为图像采集传感器。深度摄像头24拍摄机器人前方的图像，主处理器根据返回的图像信息识别图中是否存在乒乓球。如果图像中不存在乒乓球。则控制机器人进行自主导航、寻找乒乓球；如果图像中存在乒乓球，则将乒乓球的位置信息、距离信息发送到主控制器进行复杂计算，从而驱动机器人向着乒乓球的方向前进进而收集到乒乓球。
附图说明
图1为本发明机器人总体效果图
图2为本发明内部结构图
图3为本发明下视图
图4为可拆卸电路板结构图
图中：
1.激光雷达传感器2.外壳3.储球盒4.储球盒固定座5.麦克纳姆轮6.
电池7.聚拢装置8.无刷电机9.摩擦轮10.斜面11.轨道12.轨道固定座13.主处理器电路板14.电机座15.电机16.联轴器17.电路保护盒18.底盘19.电池盒20.线槽21.协处理器电路板22.铜柱23.可拆卸平板24.深度摄像头
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。
如图1-图3所示，本发明所述捡乒乓球机器人，包括具有用于移动的运动机构、存储乒乓球的存储机构、收集乒乓球的捡球机构、电源装置、电池盒、可拆卸外壳、可拆卸电路板、控制整个机器人的控制系统、地图建模系统和视觉识别系统。
如图1-图4所示，所述运动机构由安装于机器人底盘18上的四组减速电机15和麦克纳姆轮5及其控制器组成，底盘18采用的是强度高的玻璃纤维板材，可以有效增强机器人的承重抗压能力。在底盘18上固定有线槽20，以便将电机15的电线收束于线槽20中。
所述储球机构可以拆卸，由储球盒底座4和储球盒3组成，在储球盒底座4上设置了两个弹性装置，在弹性装置的上端各设置了一个突起。相应的，在储球盒3两侧设计有两个凹槽，安装储球盒3时，储球盒底座4上弹性装置的突起会嵌合到储球盒3的凹槽，从而起到固定储球盒3的目的，当乒乓球收集满时可以方便地将储球盒3提出，倾倒乒乓球至指定位置。
所述收集乒乓球机构由无刷电机8、摩擦轮9、聚拢装置7和电调组成。所述聚拢装置7由两个“V”字形状的零件构成，当机器人前进时，聚拢装置7会把路径上的乒乓球聚集到机器人的中间。其主要工作原理为由电调驱动两个无刷电机8向相反的方向转动，安装于无刷电机8上的摩擦轮9具有一定弹性。当乒乓球被聚拢装置7聚拢到两个摩擦轮9中心位置时，通过摩擦轮9一定的形变，挤压乒乓球，使其具有向上的速度，从而可以沿着斜面10进入乒乓球储存机构中。
如图1-3所示电池盒19采用3D打印技术制造，且在电池盒19下侧设计了弹性装置，当锂电池6放进电池盒19时会因弹性装置而被夹紧从而起到固定电池6的目的。电池盒19位于底盘18下侧使用铜柱22进行固定。
如图1所示，所述可拆卸外壳2采用3D打印技术制造。可拆卸功能通过固定在外壳2两端的滑块与固定于机器人底盘18上的导轨支架实现，这样即可通过滑轨滑块将外壳2固定或拆下。在外壳2上面固定有激光雷达传感器1和深度摄像头24；在外壳2内测固定有滑块，滑块与在底盘18上的导轨15配合能够起到推拉拆卸的功能。激光雷达传感器1在外壳2上方，具有良好的检测高度，雷达启动后具有扫描机器人周围的环境信息、建立地图模型的功能。深度摄像头24固定在外壳2前侧，能够获取到面机器人前方的图像。
如图4所示，可拆卸电路板主要由上下两块电路板22、可拆卸平板23、铜柱22、电路板保护壳21构成。电路板分别固定在可拆卸的平板24的上下两侧，主处理器电路板13固定在可拆卸的平板24上侧，协处理器电路板21固定在可拆卸的平板24下侧。上侧电路板由铜柱22安装固定，防止电路板下侧的零件和平板干涉。下面的电路板由于暴露在外面，所以在加装了电路保护壳保护电路板防止损坏。并且电路保护壳上有数个洞，便于收束机器人底部繁杂的电路线。
机器人工作时，首先对场地进行建模并将所建模型储存在存储器中，建模完毕后摩擦轮电机启动，视觉识别模块启动，机器人开始寻找乒乓球。通过聚拢装置将乒乓球送入摩擦轮中心后，由收集装置将乒乓球送进储球装置，这样就完成了一次收集工作。
Claims (5)
1.一种基于摩擦轮的捡乒乓球机器人，其特征在于：机器人包括具有用于移动的运动机构、存储乒乓球的存储机构、收集乒乓球的捡球机构、电源装置、电池盒、可拆卸外壳、可拆卸电路板、控制整个机器人的控制系统、地图建模系统和视觉识别系统；所述运动机构由安装于机器人底盘18上的四组减速电机15和麦克纳姆轮5及其控制器组成，底盘18采用的是强度高的玻璃纤维板材，可以有效增强机器人的承重抗压能力。在底盘18上固定有线槽20，以便将电机的电线收束于线槽20中；
所述储球机构，由储球盒底座4和储球盒3组成，在储球盒底座4上设置了两个弹性装置，在弹性装置的上端各设置了一个突起；相应的，在储球盒3两侧设计有两个凹槽，安装储球盒3时，储球盒底座4上弹性装置的突起会嵌合到储球盒3的凹槽，从而起到固定储球盒3的目的，当乒乓球收集满时可以方便地将储球盒提出，倾倒乒乓球至指定位置；
所述收集乒乓球机构由无刷电机8、摩擦轮9、聚拢装置7和电调组成；所述聚拢装置7由两个“V”字形状的零件构成，当机器人前进时，聚拢装置7会把路径上的乒乓球聚集到机器人的中间；其主要工作原理为由电调驱动两个无刷电机8向相反的方向转动，安装于无刷电机8上的摩擦轮9具有一定弹性；当乒乓球被聚拢装置7聚拢到两个摩擦轮9中心位置时，通过摩擦轮9一定的形变，挤压乒乓球，使其具有向上的速度，从而可以沿着斜面10进入乒乓球储存机构中；
所述电源装置采用12V的锂电池分别给主处理器电路板13、协处理器电路板21以及收集装置的无刷电机8供电；
所述电池盒19下侧设计了弹性装置，当锂电池放进电池盒19时会因弹性装置而被夹紧从而固定电池；电池盒19位于底盘18下侧使用铜柱22进行固定；
所述可拆卸外壳2的可拆卸功能通过固定在外壳2两端的滑块与固定于机器人底盘18上的导轨支架实现，这样即可通过滑轨滑块将外壳固定或拆下；
所述可拆卸电路板主要由上下两块电路板21、可拆卸平板23、铜柱22、电路板保护壳构成；电路板分别固定在可拆卸的平板23的上下两侧，主处理器电路板13固定在可拆卸的平板23上侧，协处理器电路板21固定在可拆卸的平板24下侧；上侧电路板由铜柱22安装固定，下面的电路板加装了电路保护壳保护电路板防止损坏；
所述机器人控制系统由两部分组成，分别为主要负责控制底层运动的协处理器系统和负责复杂运算任务的主处理器系统，共同驱动机器人向正确的方向运动；
所述地图建模系统是采用激光雷达传感器1采集机器人周围的环境信息，将采集到的信息传递给主处理器，由主处理器根据这些信息建立机器人周边的地图模型；
所述视觉识别系统是采用深度摄像头24作为图像采集传感器；深度摄像头24拍摄机器人前方的图像，主处理器根据返回的图像信息识别图中是否存在乒乓球，如果图像中不存在乒乓球，则控制机器人进行自主导航、寻找乒乓球；如果图像中存在乒乓球，则将乒乓球的位置信息、距离信息发送到主控制器进行复杂计算，从而驱动机器人向着乒乓球的方向前进进而收集到乒乓球。
2.如权利要求1所述的一种基于摩擦轮的捡乒乓球机器人，其特征在于：所述乒乓球收集盒使用底座扣合的固定方式，便于安装、拆卸；机器人的外壳2采用双滑轨方式固定；电路板一端通过螺丝固定，另一端扣合方式固定；电池盒19通过螺丝固定于底盘下方，且电池盒19下侧设计有弹性装置，可以夹紧电池防止机器人行进时电池脱落。
3.如权利要求1所述的一种基于摩擦轮的捡乒乓球机器人，其特征在于：所述电池盒19和可拆卸外壳2采用3D打印技术制造。
4.如权利要求1所述的一种基于摩擦轮的捡乒乓球机器人，其特征在于：所述电路保护壳上有数个洞，用于收束机器人底部繁杂的电路线。
5.如权利要求1-4所述的一种基于摩擦轮的捡乒乓球机器人，其特征在于：工作时，首先对场地进行建模并将所建模型储存在存储器中，建模完毕后摩擦轮电机启动，视觉识别模块启动，机器人开始寻找乒乓球；通过聚拢装置7将乒乓球送入摩擦轮中心后，由捡球机构将乒乓球送进储球盒3，完成了收集工作。
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