CN111840938B - 一种全自动乒乓球拾取器 - Google Patents

Abstract

本公开属于体育运动器械技术领域，公开一种全自动乒乓球拾取器，包括用于拾取的乒乓球的收集筒，其特征在于，所述收集筒的侧壁呈开放式，收集筒的侧面上安装有有若干皮筋，若干皮筋相对于收集筒的轴线进行周向布置；将收集桶开发为前驱滚筒车型，减少滑动摩擦造成滚筒大量磨损；提供使用普及广泛的手机作为摄像装置的解决方案，并实现收集桶的折叠而不必用户手动取球，方便快捷。

Description

一种全自动乒乓球拾取器

技术领域

本公开属于体育运动器械技术领域，具体涉及一种全自动乒乓球拾取器。

背景技术

乒乓球作为中国的国球，人们对这项运动越来越关注、在日益增长的对健康生活的追求乒乓球这项运动越来越受到人们欢迎，学习、练习乒乓球的人也越来越多，但是在学习、训练的过程中，大量的训练用的乒乓球的拾取的问题也暴露出来，大量并且较小的需要人频繁弯腰拾取给人带来了很大的不便，并且长时间的频繁重复弯腰的动作加大人们腰部疾病的患病几率。

发明内容

针对现有技术的不足，本公开的目的在于提供一种全自动乒乓球拾取器，解决了背景技术所提出的技术问题。

本公开的目的可以通过以下技术方案实现：

一种全自动乒乓球拾取器，包括用于拾取的乒乓球的收集筒，所述收集筒的侧壁呈开放式，收集筒的侧面上安装有有若干皮筋，若干皮筋相对于收集筒的轴线进行周向布置。

进一步地，所述收集筒的两底面各由若干条可绕中心轴旋转的轮圈以及条轮辐组成，轮圈为可相对转动的弧形长杆以及弧形短杆间隔排列构成，其中皮筋两端分别缠绕安装在处于对立的弧形短杆上。

进一步地，所述全自动乒乓球拾取器包括动力转换轴，动力转换轴由中心轴、两个舵机以及一个换向轮系构成，其中两个舵机以及换向轮系均安装在中心轴上，换向轮系位于两舵机之间并贴近其中一侧的舵机，两侧舵机中靠近换向轮系的舵机负责切换轮系的啮合，远离换向轮系的舵机负责提供动力；

所述条轮辐形成圆筒套在动力转换轴的中心轴上。

进一步地，所述中心轴上设有能够膨胀的柔性部位。

进一步地，所述收集桶底面与条轮辐均向内倾斜45°，与滚筒外壳之间形成一个锥形空间用于放置舵机。

进一步地，所述全自动乒乓球拾取器包括滚筒外壳，其中滚筒外壳安装有转动的动力轮，其中动力轮与条轮辐之间固定连接。

进一步地，所述全自动乒乓球拾取器包括触碰传感器、红外传感器，其中触碰传感器、红外传感器分别设置为两对，触碰传感器、红外传感器分别安装在滚筒外壳底面最前方处，两红外传感器检测方向相互交叉用于检测收集桶滚动方向两端面之间的障碍物，两触碰传感器正对前方安装，检测收集桶滚动方向两端面的障碍物。

进一步地，所述全自动乒乓球拾取器包括手机架，手机架包括一个固定于滚筒外壳上的万向轮、与万向轮连接在一起可调的手机架，手机架用于装夹于手机。

进一步地，乒乓球的拾取方法包括以下步骤：

使用手机摄像头代替普通视觉传感器；在与下位机控制板建立蓝牙连接之后，设置手机摄像头preview回调函数实现实时读取图像数据，设置间隔200ms读取一帧，降噪处理去掉模糊图像；

对所得图像做霍夫变换，找出置信度超过阈值的圆,去掉直径过小的圆；使用决策树对圆内像素进行筛选，判断其像素颜色是否属于乒乓球的像素；统计分类结果，输出所有在决策树中置信度超过阈值的圆；

确定乒乓球在视觉中的坐标，并计算出乒乓球位置在水平面内投影点与屏幕中心点的偏角，通过蓝牙将信号传送给控制板偏角信息，控制板控制动力转换轴切换为转向，带动拾球车转向将偏角弥补掉，以此达到矫正方向，通过手机摄像装置不断摸索前进实现对乒乓球的拾取、对乒乓球储存仓的寻找。

本公开的有益效果：

本公开将收集桶开发为前驱滚筒车型，减少滑动摩擦造成滚筒大量磨损；并实现收集桶的折叠而不必用户手动取球，方便快捷。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本公开一实施例的全自动乒乓球拾取器结构示意图；

图2是本公开一实施例的全自动乒乓球拾取器结构示意图；

图3是本公开一实施例的全自动乒乓球拾取器结构示意图；

图4是本公开一实施例的全自动乒乓球拾取器结构示意图；

图5是本公开一实施例的全自动乒乓球拾取器收集桶结构示意图；

图6是本公开一实施例的全自动乒乓球拾取器动力轴主要部分结构示意图；

图7是本公开一实施例的全自动乒乓球拾取器收集桶结构折叠后的示意图；

图8是是本公开一实施例的手机摄像装置处理图像方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本公开保护的范围。

如图1至图7所示，一种全自动乒乓球拾取器，包括用于拾取的乒乓球的收集筒，收集筒的侧壁呈开放式，收集筒的侧面上安装有有若干皮筋13，若干皮筋13相对于收集筒的轴线进行周向布置。

使用时，滚动的收集筒带动乒乓球拾取车进行运动，随收集筒滚动，在遇到乒乓球时，皮筋13受到压力会导致间隙扩大，乒乓球被压入收集桶内部，乒乓球进入后，皮筋13失去压力恢复原来间隙，防止乒乓球漏出，从而完成乒乓球的拾取。

在一些公开中，收集筒的两底面各由若干条可绕中心轴旋转的轮圈11以及条轮辐10组成，轮圈11为可相对转动的弧形长杆以及弧形短杆间隔排列构成，其中皮筋13两端分别缠绕安装在处于对立的弧形短杆上。

在具体实施时，利用轮圈11进行带动整个收集筒转动，实现收集筒的滚动，同时轮圈11的限位，避免处于收集桶内部的乒乓球从收集筒的两底面处漏出。

在一些公开中，全自动乒乓球拾取器还包括动力转换轴，动力转换轴由中心轴、两个舵机12以及一个换向轮系14构成，其中两个舵机12以及换向轮系14均安装在中心轴上，换向轮系14位于两舵机12之间并贴近其中一侧的舵机12，两侧舵机12中靠近换向轮系14的舵机12负责切换轮系的啮合，远离换向轮系14的舵机12负责提供动力；

其中一条轮辐10形成圆筒套在动力转换轴的中心轴上，用于接收动力转换轴的中心轴的动力，随圆筒状条轮辐10的带动整个收集桶可以实现折叠。

具体是轮系侧的舵机12带动装有三个圆柱齿轮的三叉柱沿中心轴做无转动滑动。按照三叉柱位置共分为三种啮合方式，第一种为靠近舵机12侧的冠齿轮系啮合，存在圆柱齿轮换向，实现左转向、右转向；第二种为远离舵机12侧的冠齿轮直接啮合，两侧等速转动，实现前进、后退；第三种是在靠近舵机12侧冠齿轮啮合情况下继续推动三叉轴移动，中心轴上的柔性部位17膨胀与外壳连接，控制收集桶折叠，实现折叠收集桶、展开收集桶；

靠近换向轮系14侧车轮通过滑键与轮系外壳16连接，轮系外壳16作为整个轮系的动力输出头，远离轮系侧由舵机12直接输出；

即动力输出轴通过两个舵机12，将动力通过三个部分输出：远离换向轮系14侧的舵机12直接输出、靠近换向轮系14侧的通过换向轮系14外壳输出、中心轴上柔性部分17涨开后与其它部件接触输出，这三个部分分别以下三部分连接：远离换向轮系14侧的车轮、靠近换向轮系14侧的舵机12、可折叠收集桶，如图7所示；

同时利用两个舵机12将用于对全自动乒乓球拾取器的驱动机构均布置在中心轴上，通过最密六方的排布方式让中心轴的影响最小，提高空间利用率。

在一些公开中，收集桶底面与条轮辐10均向内倾斜45°，与滚筒外壳7之间形成一个锥形空间用于放置舵机12。

在一些公开中，全自动乒乓球拾取器包括滚筒外壳7，其中滚筒外壳7安装有转动的动力轮15，其中动力轮15与条轮辐10之间固定连接。

在一些公开中，全自动乒乓球拾取器包括触碰传感器8、红外传感器9，其中触碰传感器8、红外传感器9分别设置为两对，触碰传感器8、红外传感器9分别安装在滚筒外壳7底面最前方处，两红外传感器9检测方向相互交叉用于检测收集桶滚动方向两端面之间的障碍物，两触碰传感器8正对前方安装，检测收集桶滚动方向两端面的障碍物。

在一些公开中，全自动乒乓球拾取器包括手机架2，手机架2包括一个固定于滚筒外壳7上的万向轮1、与万向轮1连接在一起可调的手机架2，手机架2用于装夹于手机3。

如图8所示，在本公开中，使用手机3摄像头代替普通视觉传感器；在与下位机控制板6建立蓝牙连接之后，设置手机3摄像头preview回调函数实现实时读取图像数据，设置间隔200ms读取一帧，降噪处理去掉模糊图像；

对所得图像做霍夫变换，找出置信度超过阈值的圆,去掉直径过小的圆；使用决策树对圆内像素进行筛选，判断其像素颜色是否属于乒乓球的像素；统计分类结果，输出所有在决策树中置信度超过阈值的圆；

确定乒乓球在视觉中的坐标，并计算出乒乓球位置在水平面内投影点与屏幕中心点的偏角，通过蓝牙将信号传送给控制板6偏角信息，控制板6控制动力转换轴切换为转向，带动拾球车转向将偏角弥补掉，以此达到矫正方向，通过手机3摄像装置不断摸索前进实现对乒乓球的拾取、对乒乓球储存仓的寻找；

采用市场常见的手机架2对手机3进行装夹，并将手机架2的末端与万向轮1固结，万向轮1与滚筒外壳7固结，整个手机3支架部分作为从动件随收集桶部分移动；手机3摄像头代替传统摄像装置，通过蓝牙通讯，手机3摄像装置与单片机实现信号连接；

锂电池4、蓝牙模块5、控制板6安装在手机架2外圈；

控制板6与锂电池4、舵机12、蓝牙模块5、触碰传感器8和红外传感器9均电性连接。

工作原理：

手机3摄像头仅用来检测乒乓球与乒乓球料仓，在摄像头视野中不存在乒乓球时，拾取车自转寻找乒乓球，视野中出现乒乓球后，反复调整接近乒乓球，直至将乒乓球收入收集桶中；

当接收到需要乒乓球的信息后，乒乓球拾取车采用与寻找乒乓球相同的方法寻找乒乓球储存仓，在到达指定位置后，单片机控制动力转换轴切换为折叠收集桶，将桶内乒乓球排出后继续搜寻乒乓球；

在移动过程中，当红外传感器9、触碰传感器8检测到存在障碍物时，将信号反馈给控制板6，控制板6接收到反馈信号后，控制动力轮15的移动以实现避障功能。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本公开的基本原理、主要特征和本公开的优点。本行业的技术人员应该了解，本公开不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本公开的原理，在不脱离本公开精神和范围的前提下，本公开还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本公开范围内。

Claims (8)

1.一种全自动乒乓球拾取器，包括用于拾取的乒乓球的收集筒，其特征在于，所述收集筒的侧壁呈开放式，收集筒的侧面上安装有有若干皮筋(13)，若干皮筋(13)相对于收集筒的轴线进行周向布置；

乒乓球的拾取方法包括以下步骤：

手机(3)与下位机控制板(6)建立蓝牙连接之后，设置手机(3)摄像头preview回调函数实现实时读取图像数据，设置间隔200ms读取一帧，降噪处理去掉模糊图像；

对所得图像做霍夫变换，找出置信度超过阈值的圆,去掉直径过小的圆；使用决策树对圆内像素进行筛选，判断其像素颜色是否属于乒乓球的像素；统计分类结果，输出所有在决策树中置信度超过阈值的圆；

确定乒乓球在视觉中的坐标，并计算出乒乓球位置在水平面内投影点与屏幕中心点的偏角，通过蓝牙将信号传送给控制板(6)偏角信息，控制板(6)控制动力转换轴切换为转向，带动拾球车转向将偏角弥补掉，以此达到矫正方向，通过手机(3)摄像装置不断摸索前进实现对乒乓球的拾取、对乒乓球储存仓的寻找。

2.根据权利要求1所述的一种全自动乒乓球拾取器，其特征在于，所述收集筒的两底面各由若干条可绕中心轴旋转的轮圈(11)以及条轮辐(10)组成，轮圈(11)为可相对转动的弧形长杆以及弧形短杆间隔排列构成，其中皮筋(13)两端分别缠绕安装在处于对立的弧形短杆上。

3.根据权利要求2所述的一种全自动乒乓球拾取器，其特征在于，所述全自动乒乓球拾取器包括动力转换轴，动力转换轴由中心轴、两个舵机(12)以及一个换向轮系(14)构成，其中两个舵机(12)以及换向轮系(14)均安装在中心轴上，换向轮系(14)位于两舵机(12)之间并贴近其中一侧的舵机(12)，两侧舵机(12)中靠近换向轮系(14)的舵机(12)负责切换轮系的啮合，远离换向轮系(14)的舵机(12)负责提供动力；

所述条轮辐(10)形成圆筒套在动力转换轴的中心轴上。

4.根据权利要求3所述的一种全自动乒乓球拾取器，其特征在于，所述中心轴上设有能够膨胀的柔性部位(17)。

5.根据权利要求3所述的一种全自动乒乓球拾取器，其特征在于，所述收集桶底面与条轮辐(10)均向内倾斜45°，与滚筒外壳(7)之间形成一个锥形空间用于放置舵机(12)。

6.根据权利要求5所述的一种全自动乒乓球拾取器，其特征在于，所述滚筒外壳(7)安装有转动的动力轮(15)，其中动力轮(15)与条轮辐(10)之间固定连接。

7.根据权利要求5所述的一种全自动乒乓球拾取器，其特征在于，所述全自动乒乓球拾取器包括触碰传感器(8)、红外传感器(9)，其中触碰传感器(8)、红外传感器(9)分别设置为两对，触碰传感器(8)、红外传感器(9)分别安装在滚筒外壳(7)底面最前方处，两红外传感器(9)检测方向相互交叉用于检测收集桶滚动方向两端面之间的障碍物，两触碰传感器(8)正对前方安装，检测收集桶滚动方向两端面的障碍物。

8.根据权利要求5所述的一种全自动乒乓球拾取器，其特征在于，所述全自动乒乓球拾取器包括手机架(2)，手机架(2)包括一个固定于滚筒外壳(7)上的万向轮(1)、与万向轮(1)连接在一起可调的手机架(2)，手机架(2)用于装夹于手机(3)。

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