CN111589073A - 自主运动捡球机 - Google Patents

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万宏强
王雨欣
孙正阳
赵思琪
黄媛媛
杨乐
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    • A63B47/00—Devices for handling or treating balls, e.g. for holding or carrying balls
    • A63B47/02—Devices for handling or treating balls, e.g. for holding or carrying balls for picking-up or collecting
    • A63B47/021—Devices for handling or treating balls, e.g. for holding or carrying balls for picking-up or collecting for picking-up automatically, e.g. by apparatus moving over the playing surface
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
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Abstract

本发明涉及自主运动捡球机，所述捡球机包括机械抓手组件、乒乓球和网球分拣装置和羽毛球储球机构，机械抓手组件捡球后放入乒乓球和网球分拣装置或羽毛球储球机构中。本发明捡球机使用的机械臂一次可以拾取3‑4个小球，同时避免小球在拾取的过程中受到损坏，满足捡球动作的需要，提高了捡球机捡球动作的可控范围。解决各种球类训练场上遍地球影响训练的现象，减轻人工捡球的负担，使得球类训练者有更多精力、更多时间投入到训练中去，促进球类体育运动在我国得到更广泛的开展。

Description

自主运动捡球机
技术领域
本发明涉及球类运动用品，具体涉及一种自主运动捡球机。
背景技术
随着计算机技术和人工智能技术的高速发展，自主运动机器在功能和技术上都取得了很大的提高。现在，即使在严峻的经济形势下，仍有很多面向各个新应用领域的机器人不断涌现出来。目前，自主运动机器应用率的快速增长并非仅仅是一时的狂热，而是社会发展的必然趋势。
我国机器人的技术也取得了很大的进步。我国的机器人技术大致有如下发展趋势：（1）智能化。智能化不仅是对机器人系统的要求，也是对工作环境的要求。智能化的发展趋势，有效地提高机器人工作的效率和使用性能。（2）标准化和模块化。我国还没有统一的机器人标准。统一的标准和平台能够大大减少应用软件厂商的成本，并能优化服务机器人领域的体系结构，规范中间件，实现模块化。
科技发展的新时代，一般的体育场上，通常以是人工操作为主或者就是一些简易且结构简单的捡球机构完成。而这种简单的捡球机构已经不能满足市场的需求，不仅捡球率低，而且损球伤球严重，为此研究一款自主捡球车非常有必要。
发明内容
本发明的目的是提供一种自主运动捡球机，解决各种球类训练场上遍地球影响训练的现象，减轻人工捡球的负担。
本发明所采用的技术方案为：
自主运动捡球机，其特征在于：
所述捡球机包括机械抓手组件、乒乓球和网球分拣装置和羽毛球储球机构，机械抓手组件捡球后放入乒乓球和网球分拣装置或羽毛球储球机构中。
机械抓手组件包括能开合的机械抓手和能上下左右移动的机械臂。
机械抓手侧面设置有视觉传感器。
羽毛球储球机构包括羽毛球收集管道和其顶端的羽毛球收集口，羽毛球收集管道底端为半开口结构。
乒乓球和网球分拣装置包括分类管道及其顶端的网球乒乓球收集口，分类管道的管壁上开设有小于网球直径尺寸的乒乓球出口，分类管道底端为网球出口。
乒乓球和网球分拣装置的下方设置有收球仓，收球仓包括两个仓室，分别对应乒乓球出口和网球出口。
捡球机底部设置有小车底板，并安装有三轮全向运动机构且以三轴互成120°。
捡球机的各组件承载于小车底板上。
机械抓手包括通过连接轴连接的上抓手和下抓手，连接轴配置有机械抓手电机。
机械臂一端连接到机械抓手上，另一端连接到机械臂底盘上；
机械臂上配置有上下转向下齿轮、左右转向小齿轮以及各自的电机，机械臂底盘上配置有底盘大齿轮以及电机。
本发明具有以下优点：
本发明捡球机使用的机械臂一次可以拾取3-4个小球，同时避免小球在拾取的过程中受到损坏，满足捡球动作的需要，提高了捡球机捡球动作的可控范围。解决各种球类训练场上遍地球影响训练的现象，减轻人工捡球的负担，使得球类训练者有更多精力、更多时间投入到训练中去，促进球类体育运动在我国得到更广泛的开展。
本发明的自主捡球机结合了机械传动、视觉识别技术和机电技术，使得设计的自主捡球机能够通过视觉识别技术自动识别球的位置并对不同的球进行分类归置。
附图说明
图1为本发明结构图。
图2为机械臂结构图。
图3为羽毛球储球机构结构图。
图4为乒乓球和网球分拣装置结构图。
图5为电机示意图。
图6为小车底板结构图。
图7为车轮结构图。
图8为收球仓结构图。
图9为电机支架结构图。
其中：1.机械抓手，2.机械臂，3.机械臂底盘，4.乒乓球和网球分拣装置，5.羽毛球储球机构，6.网球，7.乒乓球，8.收球仓，9.车轮，10.上抓手，11.下抓手，12.连接轴，13.机械抓手电机，14.上下转向电机，15.视觉传感器，16.上下转向下齿轮，17.左右转向小齿轮，18.左右转向电机，19.底盘大齿轮，20.羽毛球收集口，21.固定支架，22.羽毛球收集管道，23.收集管道底部，24.网球乒乓球收集口，25.固定支架，26.分类管道，27.乒乓球出口，28.网球出口，29.电机，30.电机轴，31.车轮，32.螺钉，33.连接口，34.小车底板，35.机械臂底盘定位孔，36.网球收集仓，37.乒乓球收集仓，38.电机支架，39.电机孔40.螺钉孔。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。
本发明涉及一种自主运动捡球机，所述捡球机包括机械抓手组件、乒乓球和网球分拣装置4和羽毛球储球机构5，机械抓手组件捡球后放入乒乓球和网球分拣装置4或羽毛球储球机构5中。
机械抓手组件包括能开合的机械抓手1和能上下左右移动的机械臂2。机械抓手1侧面设置有视觉传感器15。
羽毛球储球机构5包括羽毛球收集管道22和其顶端的羽毛球收集口20，羽毛球收集管道22底端为半开口结构。
乒乓球和网球分拣装置4包括分类管道26及其顶端的网球乒乓球收集口24，分类管道26的管壁上开设有小于网球直径尺寸的乒乓球出口27，分类管道26底端为网球出口28。
乒乓球和网球分拣装置4的下方设置有收球仓8，收球仓8包括两个仓室，分别对应乒乓球出口27和网球出口28。
捡球机底部设置有小车底板34，并安装有三轮全向运动机构且以三轴互成120°。
捡球机的各组件承载于小车底板34上。
机械抓手1包括通过连接轴12连接的上抓手10和下抓手11，连接轴12配置有机械抓手电机13。机械臂2一端连接到机械抓手1上，另一端连接到机械臂底盘3上；机械臂2上配置有上下转向下齿轮16、左右转向小齿轮17以及各自的电机，机械臂底盘3上配置有底盘大齿轮19以及电机。
参见附图：
本发明的自主运动捡球机包括机械臂、分拣装置及储球装置、全向轮、电机、传感器等。
所述的小车底版采用碳纤板，可使用雕刻机加工。所述的乒乓球和网球的储球装置采用铝板，质量较轻、成本低。
所述的小车的行走方式为轮式行走方式。常见轮式机器人的轮系结构有双轮差速、前轮驱动、多轮独立转向以及全向移动四种。为了避免普通轮子不能沿其轮轴方向滚动给机器带来的非完整性运动约束，一般使用全向轮来进行全向移动轮系设计。由于整个设计中机构承载不大，速度需求不高，所以选择三轮小车。
所述的捡球机的自动行走路线可考虑捡球机的行走速度设计成一条行走路线为先沿周边走一圈，再按z字形路线走完其余场地。
所述的捡球机的拾取功能采用机械臂进行上下左右移动，并利用张合电机提供的动力对上、下爪手进行拾取，机械臂的地盘部分回转大齿轮和小齿轮可使机械臂做抬起下降以及左右回转动作。
所述的夹捡球装置是由张合电机提供动力电源，控制连接轴连接的上、下合爪进行捡拾球。
所述的所有球类的收集口均采用漏斗状。
所述的羽毛球的收集轨道管路采用较为光滑、摩擦阻力小的材质，储放底端为羽毛球状，掉落到漏斗口的羽毛球沿轨道下滑，在轨道底端堆积储放，轨道下半部分为半开放式，便于将整理好的羽毛球取出。所述的乒乓球和网球轨道管路采用较为粗糙、摩擦阻力较大的材质，可以避免球由于过大的惯性力冲出储放装置。轨道中间部位有个直径大于乒乓球小于网球的孔，可使乒乓球在小孔处下落网球继续沿轨道下滑至末端掉落到网球储放区域。
所述的捡球机采用连续双排切换轮以保持运动平稳。捡球机移动小车采用三轮全向运动机构形式且以三轴互成120°作为捡球机的底盘结构，全向轮电机对小车的移动提供能源。
所述的机械臂舵机可采用DJI M2006，其动力系统结构紧凑，体积小，重量轻，可节省大量安装空间。
所述的捡球机中采用视觉传感器可使机构能够检测和识别球类的位置。
在上述的全向轮设计部分，全方位轮通常可以大致可以分为2种类型,该轮毂的外圆周处均匀开设有3个或3个以上的轮毂齿，这是很容易的方向控制和跟踪。其胶辊提供了极大的扣人心弦。全向轮能够在许多不同的方向移动，轮子的好处是可以原地转圈，不同方位的前进后退都可以实现。连续切换轮常见的有单排和双排两种结构，双排轮子可提高接触点连续性，保证运动平稳，适用于高精度要求的系统。故选用连续双排切换轮。
在上述的视觉传感器部分中，视觉传感器是非接触型的。它是电视摄像机等技术的综合，是机器人众多传感器中最稳定的传感器。机器人视觉是使机器人具有视觉感知功能的系统，机器人视觉可以通过视觉传感器获取环境的一维、二维和三维的图像，并通过视觉处理器进行分析和解释，进而转换为符号，让机器人能够辨识物体，并确定其位置及各种状态。
绝大数捡球机都只能捡拾一种类型的球进行储存，而本发明可以捡拾羽毛球、乒乓球和网球3种不同类型的球，且保证捡拾过程中不受损坏。本发明主要目的在于解决乒乓球，羽毛球，网球比赛以及练习场地因捡球带来的不便，提供一种操作简便，智能化的方式去代替人工。该机器的主要任务是自主捡球，主要应用在网球，羽毛球，乒乓球比赛场或者练习场上。设计的自动捡球机器人大概的工作流程如下：当自动捡球机器人通过视觉识别技术自动识别并接收到运动员发出的捡球命令后，采用传感器自动识别乒乓球落下的方位。然后，对球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，机械臂将球捡起来，放进存放腔中。不同的球，有不同的存放位置，当体育场地有多种球类，可通过自主捡球机的分拣装置分类存储。
本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.自主运动捡球机，其特征在于：
所述捡球机包括机械抓手组件、乒乓球和网球分拣装置（4）和羽毛球储球机构（5），机械抓手组件捡球后放入乒乓球和网球分拣装置（4）或羽毛球储球机构（5）中。
2.根据权利要求1所述的自主运动捡球机，其特征在于：
机械抓手组件包括能开合的机械抓手（1）和能上下左右移动的机械臂（2）。
3.根据权利要求2所述的自主运动捡球机，其特征在于：
机械抓手（1）侧面设置有视觉传感器（15）。
4.根据权利要求3所述的自主运动捡球机，其特征在于：
羽毛球储球机构（5）包括羽毛球收集管道（22）和其顶端的羽毛球收集口（20），羽毛球收集管道（22）底端为半开口结构。
5.根据权利要求4所述的自主运动捡球机，其特征在于：
乒乓球和网球分拣装置（4）包括分类管道（26）及其顶端的网球乒乓球收集口（24），分类管道（26）的管壁上开设有小于网球直径尺寸的乒乓球出口（27），分类管道（26）底端为网球出口（28）。
6.根据权利要求5所述的自主运动捡球机，其特征在于：
乒乓球和网球分拣装置（4）的下方设置有收球仓（8），收球仓（8）包括两个仓室，分别对应乒乓球出口（27）和网球出口（28）。
7.根据权利要求6所述的自主运动捡球机，其特征在于：
捡球机底部设置有小车底板（34），并安装有三轮全向运动机构且以三轴互成120°。
8.根据权利要求7所述的自主运动捡球机，其特征在于：
捡球机的各组件承载于小车底板（34）上。
9.根据权利要求8所述的自主运动捡球机，其特征在于：
机械抓手（1）包括通过连接轴（12）连接的上抓手（10）和下抓手（11），连接轴（12）配置有机械抓手电机（13）。
10.根据权利要求9所述的自主运动捡球机，其特征在于：
机械臂（2）一端连接到机械抓手（1）上，另一端连接到机械臂底盘（3）上；
机械臂（2）上配置有上下转向下齿轮（16）、左右转向小齿轮（17）以及各自的电机，机械臂底盘（3）上配置有底盘大齿轮（19）以及电机。
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