CN111890376A - 一种足球机器人主动持球系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种足球机器人主动持球系统，该系统包括固定装置、主动持球装置、被动持球装置和控制电路。主动持球装置、被动持球装置和控制电路固定在固定装置上；主动持球装置和被动持球装置配合，使足球机器人产生较好的持球效果；控制电路对主动持球装置进行控制，达到足球机器人持球系统在各种状态下都能稳定持球的目标。该系统能使足球机器人机动性提高，结构简单，稳定性好。

Description

一种足球机器人主动持球系统

技术领域

本发明属于机器人领域，具体涉及一种足球机器人持球系统。

背景技术

FIRA国际机器人足球联合会和RoboCup国际机器人足球世界杯赛是目前国际上最具影响力的足球机器人赛事组织。这两个组织每年均举办足球机器人的竞赛活动，致力于通过举办比赛和技术交流推进机器人竞赛、培训、教育事业的发展。

中型组足球机器人比赛是每年的固定比赛项目。中型组足球机器人比赛的投影应大于30cmⅹ30cm，小于50cmⅹ50cm。机器人高度不低于40cm，不高于80cm。机器人质量不超过40kg。在长12米宽8米的场地上进行比赛，使用国际足联标准5号足球。由于中型组足球机器人在比赛规则、足球大小、场地大小、机器人大小方面与人类足球比赛最为相似，所以每年的中型组足球机器人比赛都非常激烈。

在中型组足球机器人比赛中，持球效果的优劣是能否取胜的关键因素。现有技术中，大多数持球装置存在结构复杂、持球稳定性差、机器人转向失球等缺点，从而限制了足球机器人的机动性能。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种足球机器人主动持球系统，该系统包括固定装置、主动持球装置、被动持球装置和控制电路。主动持球装置、被动持球装置和控制电路固定在固定装置上；主动持球装置和被动持球装置配合，使足球机器人产生较好的持球效果；控制电路对主动持球装置进行控制，达到足球机器人持球系统在各种状态下都能稳定持球的目标。该系统能使足球机器人机动性提高，结构简单，稳定性好。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种足球机器人主动持球系统，包括固定装置、主动持球装置、被动持球装置和控制电路；所述固定装置安装在足球机器人前端；所述主动持球装置、被动持球装置和控制电路都固定在固定装置上；主动持球装置与被动持球装置配合进行持球动作；所述控制电路对主动持球装置进行控制，实现足球机器人持球系统稳定持球；

所述主动持球装置包含直线位移计，在足球机器人持球时，足球位置的变化会引起所述直线位移计测量端长度的变化，从而产生位移变化信号，直线位移计将位移变化信号传输给控制电路，控制电路通过位移变化信号获取足球位置；

所述被动持球装置包含牛眼轮，牛眼轮在足球机器人持球时与足球接触，当足球旋转时牛眼轮始终提供指向足球球心的支持力，使足球机器人保持持球状态；

优选的，所述固定装置包括顶板、侧板和底板；所述顶板和底板之间由侧板支撑，侧板分别与顶板和底板固定连接；

优选的，所述主动持球装置还包括U型固定结构、固连柱、异型固定板金、L型固定结构、主动摩擦轮、电机绕轴、直线位移计绕轴和蜗轮蜗杆电机；所述U型固定结构上部与顶板固定连接；所述直线位移计绕轴贯穿U型固定结构中部并被U型固定结构固定；所述直线位移计固定端嵌入U型固定结构内并被直线位移计绕轴穿过，直线位移计能够绕直线位移计绕轴转动；所述固连柱为L形，固连柱的L形长端与直线位移计测量端固定连接，固连柱的L形短端穿过L型固定结构后，与异型固定板金固定连接；所述L型固定结构上部与顶板固定连接；所述电机绕轴连续穿过L型固定结构下部和异型固定板金，电机绕轴固定在L型固定结构上，异型固定板金能绕电机绕轴转动；所述蜗轮蜗杆电机与异型固定板金固定连接；所述主动摩擦轮与蜗轮蜗杆电机连接，受蜗轮蜗杆电机驱动旋转；

优选的，所述L型固定结构上设置有限位槽，固连柱的L形短端从限位槽穿过后，与异型固定板金固定连接；在足球机器人持球时，固连柱的移动范围受到限位槽的约束，确保足球保持在可控范围内；

优选的，所述被动持球装置还包括锐角基座，所述锐角基座与底板固定连接，所述牛眼轮固定在锐角基座上，牛眼轮能全方位转动；

优选的，足球机器人主动持球系统包括两套主动持球装置和两套被动持球装置；两套主动持球装置以固定装置的中轴线为对称轴对称设置；两套被动持球装置以固定装置的中轴线为对称轴对称设置；

优选的，所述顶板和底板之间有七块侧板。

本发明的有益效果是：

1.本发明的持球装置通过设置限位槽，限制蜗轮蜗杆电机的转动角度，克服持球系统与足球间歇性接触的问题，提高了稳定性。

2.本发明的持球装置采用直线位移计与蜗轮蜗杆电机不同轴转动的方式，使得蜗轮蜗杆电机在带动直线位移计绕轴转动的情况下产生位移信号，控制电路根据位移信号调整电机转速和扭矩，进而更好控球。

3.本发明的持球装置采用蜗轮蜗杆电机作为驱动主动摩擦轮的电机，改变转动方向，节省机器人前部空间。

4.被动持球装置采用牛眼轮作为被动摩擦论，可全向运动，消除了传统单轴摩擦轮转向单一对足球转动造成的不利影响。

附图说明

图1是本发明主动持球系统整体结构示意图。

图2是本发明主动持球装置结构示意图。

图3是控制电路流程图。

图中：1-固定装置，2-主动持球装置，3-被动持球装置，101-顶板，102-侧板，103-底板，201-U型固定结构，202-直线位移计，203-固连柱，204-异型固定板金，205-L型固定结构，206-主动摩擦轮，207-电机绕轴，208-直线位移计绕轴，209-蜗轮蜗杆电机，210-限位槽，301-锐角基座，302-牛眼轮。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本发明提供了一种足球机器人主动持球系统，该系统包括固定装置、主动持球装置、被动持球装置和控制电路。主动持球装置、被动持球装置和控制电路固定在固定装置上；主动持球装置和被动持球装置配合，使足球机器人产生较好的持球效果；控制电路对主动持球装置进行控制，达到足球机器人持球系统在各种状态下都能稳定持球的目标。该系统能使足球机器人机动性提高，结构简单，稳定性好。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种足球机器人主动持球系统，包括固定装置1、主动持球装置2、被动持球装置3和控制电路；所述固定装置1安装在足球机器人前端；所述主动持球装置2、被动持球装置3和控制电路都固定在固定装置1上；主动持球装置2与被动持球装置3配合进行持球动作；所述控制电路对主动持球装置1进行控制，实现足球机器人持球系统稳定持球；

所述主动持球装置2包含直线位移计202，在足球机器人持球时，足球位置的变化会引起所述直线位移计202测量端长度的变化，从而产生位移变化信号，直线位移计202将位移变化信号传输给控制电路，控制电路通过位移变化信号获取足球位置；

所述被动持球装置3包含牛眼轮302，牛眼轮302在足球机器人持球时与足球接触，当足球旋转时牛眼轮302始终提供指向足球球心的支持力，使足球机器人保持持球状态；

优选的，所述固定装置1包括顶板101、侧板102和底板103；所述顶板101和底板103之间由侧板102支撑，侧板102分别与顶板101和底板103固定连接；

优选的，所述主动持球装置2还包括U型固定结构201、固连柱203、异型固定板金204、L型固定结构205、主动摩擦轮206、电机绕轴207、直线位移计绕轴208和蜗轮蜗杆电机209；所述U型固定结构201上部与顶板101固定连接；所述直线位移计绕轴208贯穿U型固定结构201中部并被U型固定结构201固定；所述直线位移计202固定端嵌入U型固定结构201内并被直线位移计绕轴208穿过，直线位移计202能够绕直线位移计绕轴208转动；所述固连柱203为L形，固连柱203的L形长端与直线位移计202测量端固定连接，固连柱203的L形短端穿过L型固定结构205后，与异型固定板金204固定连接；所述L型固定结构205上部与顶板101固定连接；所述电机绕轴207连续穿过L型固定结构205下部和异型固定板金204，电机绕轴207固定在L型固定结构205上，异型固定板金204能绕电机绕轴207转动；所述蜗轮蜗杆电机209与异型固定板金204固定连接；所述主动摩擦轮206与蜗轮蜗杆电机209连接，受蜗轮蜗杆电机209驱动旋转；

优选的，所述L型固定结构上设置有限位槽210，固连柱203的L形短端从限位槽210穿过后，与异型固定板金204固定连接；在足球机器人持球时，固连柱203的移动范围受到限位槽201的约束，确保足球保持在可控范围内；

优选的，所述被动持球装置3还包括锐角基座301，所述锐角基座301与底板103固定连接，所述牛眼轮302固定在锐角基座301上，牛眼轮302能全方位转动；

优选的，足球机器人主动持球系统包括两套主动持球装置2和两套被动持球装置3；两套主动持球装置2以固定装置1的中轴线为对称轴对称设置；两套被动持球装置3以固定装置2的中轴线为对称轴对称设置；

优选的，所述顶板101和底板103之间有七块侧板。

实施例：

如图1所示的足球机器人主动持球系统，包括固定装置、主动持球装置、被动持球装置和控制电路；固定装置安装在足球机器人前端；两套主动持球装置和两套被动持球装置对称安装在固定装置左右两侧；主动持球装置与被动持球装置配合完成持球动作；控制电路对主动持球装置进行控制，实现足球机器人持球系统稳定持球；

如图2所示，主动持球装置包括U型固定结构、直线位移计、固连柱、异型固定板金、L型固定结构、主动摩擦轮、电机绕轴、直线位移计绕轴和蜗轮蜗杆电机；蜗轮蜗杆电机驱动主动摩擦轮高速转动，主动摩擦轮带动足球转动，并产生向机器人方向运动的趋势。当足球相对机器人移动距离最大时，足球与牛眼轮接触，同时固连柱到达限位槽最高点，此时蜗轮蜗杆电机由于固连杆受L型固定结构上限位槽的约束，不能再向上移动，主动摩擦轮和牛眼轮同时与足球接触，达到较好的持球效果。由于蜗轮蜗杆电机绕电机饶轴转动，直线位移计绕直线位移计绕轴转动，两轴不共线，且直线位移计自身可伸缩，因此当足球位置发生变化时相对于于初始状态，直线位移计测量端长度发生变化，产生位移变化信号，使机器人控制电路获取足球位置；牛眼轮自身转动方向没有限制，会跟随足球转动方向变化而变化，但始终产生指向球心的力，可以在机器人转向时保持足球持球状态。

控制电路流程图如图3所示，为达到控球装置在各种状态下都能稳定控球的目标，对主动控球装置的蜗轮蜗杆电机需要同时进行转速和转矩的控制。电机控制采用单片机控制，根据持球机器人运动状态和足球位置决定电机控制方式，单片机通过驱动电路控制蜗轮蜗杆电机的输出转速和转矩。如机器人向前运动时，减小转速和扭矩，避免电机过载；机器人向后运动时，增大转速和扭矩，避免足球脱离机器人；当足球机器人向左转动时，增大左侧电机转速和扭矩，减小右侧电机转速和扭矩；当足球机器人向右转动时，增大右侧电机转速和扭矩，减小左侧电机转速和扭矩；足球已达到最佳持球位置时，降低电机转速以减小功率；足球未达到最佳持球位置时，提高电机转速以更快地使足球达到最佳持球位置。

Claims (7)

1.一种足球机器人主动持球系统，其特征在于，包括固定装置、主动持球装置、被动持球装置和控制电路；所述固定装置安装在足球机器人前端；所述主动持球装置、被动持球装置和控制电路都固定在固定装置上；主动持球装置与被动持球装置配合进行持球动作；所述控制电路对主动持球装置进行控制，实现足球机器人持球系统稳定持球；

所述主动持球装置包含直线位移计，在足球机器人持球时，足球位置的变化会引起所述直线位移计测量端长度的变化，从而产生位移变化信号，直线位移计将位移变化信号传输给控制电路，控制电路通过位移变化信号获取足球位置；

所述被动持球装置包含牛眼轮，牛眼轮在足球机器人持球时与足球接触，当足球旋转时牛眼轮始终提供指向足球球心的支持力，使足球机器人保持持球状态。

2.如权利要求书1所述的一种足球机器人主动持球系统，其特征在于，所述固定装置包括顶板、侧板和底板；所述顶板和底板之间由侧板支撑，侧板分别与顶板和底板固定连接。

3.如权利要求书2所述的一种足球机器人主动持球系统，其特征在于，所述主动持球装置还包括U型固定结构、固连柱、异型固定板金、L型固定结构、主动摩擦轮、电机绕轴、直线位移计绕轴和蜗轮蜗杆电机；所述U型固定结构上部与顶板固定连接；所述直线位移计绕轴贯穿U型固定结构中部并被U型固定结构固定；所述直线位移计固定端嵌入U型固定结构内并被直线位移计绕轴穿过，直线位移计能够绕直线位移计绕轴转动；所述固连柱为L形，固连柱的L形长端与直线位移计测量端固定连接，固连柱的L形短端穿过L型固定结构后，与异型固定板金固定连接；所述L型固定结构上部与顶板固定连接；所述电机绕轴连续穿过L型固定结构下部和异型固定板金，电机绕轴固定在L型固定结构上，异型固定板金能绕电机绕轴转动；所述蜗轮蜗杆电机与异型固定板金固定连接；所述主动摩擦轮与蜗轮蜗杆电机连接，受蜗轮蜗杆电机驱动旋转。

4.如权利要求书3所述的一种足球机器人主动持球系统，其特征在于，所述L型固定结构上设置有限位槽，固连柱的L形短端从限位槽穿过后，与异型固定板金固定连接；在足球机器人持球时，固连柱的移动范围受到限位槽的约束，确保足球保持在可控范围内。

5.如权利要求书1所述的一种足球机器人主动持球系统，其特征在于，所述被动持球装置还包括锐角基座，所述锐角基座与底板固定连接，所述牛眼轮固定在锐角基座上，牛眼轮能全方位转动。

6.如权利要求书1所述的一种足球机器人主动持球系统，其特征在于，足球机器人主动持球系统包括两套主动持球装置和两套被动持球装置；两套主动持球装置以固定装置的中轴线为对称轴对称设置；两套被动持球装置以固定装置的中轴线为对称轴对称设置。

7.如权利要求书2所述的一种足球机器人主动持球系统，其特征在于，所述顶板和底板之间有七块侧板。

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