CN112604247A - 一种网球收集机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种网球收集机器人，至少包括：机器视觉模块，用于获取预设区域内至少一个网球的当前位置信息；运动控制模块，用于根据获取到的关于网球的当前位置信息与该网球收集机器人的当前定位信息，进行前进路途规划；拾取机构，用于在该网球收集机器人抵达目标位置后配合运动控制模块主动拾取至少一个网球，并可在指定位置释放其收集到的网球。本申请所提出的网球收集机器人，网球收集路径短，持续使用时间长，并且在收集网球的过程中不会引入其他杂质，设备维护简单，使用寿命长。对网球定位精确度要求非常低，噪音小，并且单次可同时收集若干个网球。

Description

一种网球收集机器人

技术领域

本发明涉及智能机器人技术领域，尤其涉及一种网球收集机器人。

背景技术

网球场占地面积较大，在网球训练中依靠人力弯腰捡球较为不便，不但耗费时间，更加耗费体力。对此，目前相关研究人员已提出大量智能捡球技术方案并部分已投入市场使用，其大致可分为两大类：一类主要是依靠吸力来主动收集网球的吸力式智能捡球机器人，由于网球的重力较大且易于滚动，需要足够大的负压作用，导致捡球中电力消耗大，持续使用时间短，并且在大负压作用下，灰尘或碎屑等会被吸入到机器人内部甚至气旋设备，反而增大了用户的设备维护负担，并且设备使用寿命严重受限。

另一类主要是依靠机械臂操作来主动收集网球的机械式智能捡球机器人，其中部分利用精确式机械臂通过智能视觉识别，夹持网球将球放入捡球储球室，如公开号为CN104801023B的专利文献所提出的采用二自由度机械臂的捡球系统，捡球效率低且无法保持稳定的夹持准度，使用寿命短且成本高昂；其中部分则是利用摇摆式机械臂推动网球朝向捡球入口处滚动，如公开号为CN105963936A的专利文献所提出的网球捡球机，虽然相比于精确式机械臂，其在单次捡球效率和使用寿命上都有提升，但摇摆式机械臂需将球收拢再送至储球室，单次的摆动幅度非常大，导致其整体捡球效率仍然非常低。

此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于发明人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

发明内容

针对目前已提出的大量智能捡球技术方案：一类主要是依靠吸力来主动收集网球的吸力式智能捡球机器人，由于网球的重力较大且易于滚动，需要足够大的负压作用，导致捡球中电力消耗大，持续使用时间短，并且在大负压作用下，灰尘或碎屑等会被吸入到机器人内部甚至气旋设备，反而增大了用户的设备维护负担，并且设备使用寿命严重受限。另一类主要是依靠机械臂操作来主动收集网球的机械式智能捡球机器人，其中部分利用精确式机械臂通过智能视觉识别，夹持网球将球放入捡球储球室，捡球效率低且无法保持稳定的夹持准度，使用寿命短且成本高昂；其中部分则是利用摇摆式机械臂推动网球朝向捡球入口处滚动，虽然相比于精确式机械臂，其在单次捡球效率和使用寿命上都有提升，但摇摆式机械臂需将球收拢再送至储球室，单次的摆动幅度非常大，导致其整体捡球效率仍然非常低。

对此，本申请提出了一种能够自主避障以及自主寻球的网球收集机器人，网球收集路径短，持续使用时间长，并且在收集网球的过程中不会引入其他杂质，设备维护简单，使用寿命长。本申请所提出的网球收集机器人，对网球定位精确度要求非常低，噪音小，并且单次可同时收集若干个网球，不仅在单次捡球效率和使用寿命上有实质提升，并且网球收集路径短，整体捡球效率高。本申请所提出的网球收集机器人，采用智能视觉识别技术，在低成本下可完全摆脱人工干预，实现全智能化与自动化，可以为网球收集机器人提供更准确的网球位置。

针对现有技术之不足，本发明提供了一种网球收集机器人，至少包括：机器视觉模块，用于获取预设区域内至少一个网球的当前位置信息；运动控制模块，用于根据获取到的关于网球的当前位置信息与该网球收集机器人的当前定位信息，进行前进路途规划；拾取机构，用于在该网球收集机器人抵达目标位置后配合运动控制模块主动拾取至少一个网球，并可在指定位置释放其收集到的网球。

根据一种优选实施方式，所述拾取机构被配置为：在该网球收集机器人抵达目标位置时，响应于该网球收集机器人抵达目标位置而驱动其装配在网球收集机器人上的至少一个收卷扇叶转动，以此至少一个网球可被收卷扇叶拨动，转移至该网球收集机器人的储球区内。

根据一种优选实施方式，所述网球收集机器人还包括装配在其储球区入球侧的过渡齿部，过渡齿部与收卷扇叶交错设置，使得位于收卷扇叶上的至少一个网球可沿收卷扇叶滚动至过渡齿部上，进而从入球侧进入储球区，且过渡齿部可贯穿出收卷扇叶连续拾取其他网球。

根据一种优选实施方式，所述储球区上设置有舵机连杆，在外力驱动下舵机连杆能够带动储球区的入球侧倾斜式抬起，打开储球区的出球侧，则网球可在自身重力作用下从出球侧离开储球区。本申请所提出的网球收集机器人，采用舵机连杆形成的翻斗式结构来完成倒球动作，控制方便且结构简单，有利于降低设备成本。当储球仓中的网球重量达到阈值时，小车行驶到场内预设的固定球仓位置，抬升储球室的后侧部分，出球侧的仓门打开，网球因重力作用下滚落到指定区域，即可完成倒球动作。

根据一种优选实施方式，所述网球收集机器人还包括支持其全向行动的运动机构，运动控制模块能够通过运动机构达到对网球收集机器人全方位运动的控制。

根据一种优选实施方式，所述运动控制模块可在巡航模式下，采用增量式PID控制算法控制运动机构的电机速度，采用位置式PD控制算法对运动机构的舵机转向进行控制，从而实现自动循迹，和/或在避障模式下，建立针对速度和方向控制的模糊控制器，并结合多重模版匹配法检测到的环境障碍物位置信息，及时引导避障策略，完成避障路径规划。

本申请还提出了一种网球收集机器人，所述网球收集机器人至少包括：储球区；拾取机构，用于在该网球收集机器人抵达目标位置时，响应于该网球收集机器人抵达目标位置而驱动其装配在网球收集机器人上的至少一个收卷扇叶转动，以此至少一个网球可被拨动随着收卷扇叶转移；装配在储球区入球侧的过渡齿部，其被配置为与收卷扇叶交错设置，使得随收卷扇叶转移的至少一个网球能够沿收卷扇叶滚动至过渡齿部上，进而从入球侧进入储球区，且过渡齿部可贯穿出收卷扇叶连续拾取其他网球。

根据一种优选实施方式，所述储球区包括至少一个储球室，不同储球室的入球侧可分别与过渡齿部相对准，以使得不同储球室内可存储相同或不同类型的网球。

根据一种优选实施方式，所述收卷扇叶能够以选择性拾取网球的方式分次拾取相同或不同类型的网球。

本申请还提出了一种网球收集机器人的控制方法，所述控制方法至少包括以下步骤中的一个或几个：获取预设区域内至少一个网球的当前位置信息；根据获取到的关于网球的当前位置信息与该网球收集机器人的当前定位信息，进行前进路途规划；在该网球收集机器人抵达目标位置后配合运动控制模块主动拾取至少一个网球，并可在指定位置释放其收集到的网球。

根据一种优选实施方式，所述该网球收集机器人的当前定位信息可通过以下步骤中的一个或几个来确定：定位时，网球收集机器人可向三个信号基站同时发送定位信号，定位信号可包括时间信息和/或角度信息；至少一个信号基站在接收到定位信息后，将定位信息通过网络传输到服务控制中心；由服务控制中心通过算法解算标签位置，并通过至少一个信号基站回传给网球收集机器人，完成定位。

附图说明

图1是本发明提供的一种优选实施方式的网球收集机器人正面的简化整体结构示意图；

图2是本发明提供的网球收集机器人背面的简化整体结构示意图；

图3是本发明提供的优选的拾取机构的简化整体结构示意图；

图4是本发明提供的优选的运动机构的简化整体结构示意图；

图5是本发明中提及的麦卡姆轮的简化整体结构示意图；

图6是本发明提供的释放储球区内网球的过程的简化示意图；

图7是本发明提供的优选的智能机器视觉模块的简化流程示意图；

图8是本发明提供的一种优选实施方式的网球收集机器人的简化模块连接关系示意图；

图9是本发明提供的另一种优选实施方式下的收卷扇叶的简化整体结构示意图；

图10是本发明提供的另一种优选实施方式下的储球区的简化侧视结构示意图；

图11是本发明提供的另一种优选实施方式下的底盘架的简化整体结构示意图；

图12是本发明提供的一种优选实施方式下的拾取机构的简化整体结构示意图。

附图标记列表

1：机器视觉模块 2：运动控制模块 3：拾取机构

4：收卷扇叶 5：储球区 6：过渡齿部

7：舵机连杆 8：运动机构 9：第一储球室

10：第二储球室 11：网球导向板 12：活动页

13：转动杆 14：承托板 15：底盘架

16：电磁阀 17：背侧斜面 18：捕球入口

19：柔性刃口 20：刚性弧形导入部 21：端壁

具体实施方式

实施例1

本申请提出了一种网球收集机器人、一种网球收集系统、一种网球收集机器人的控制方法、一种可自主避障兼自主寻球的网球捡球机器人和一种可自主避障兼自主寻球的网球捡球系统中的一个或几个。如图1所示，该网球收集机器人至少包括机器视觉模块1，该网球收集机器人可以通过机器视觉模块1的智能视觉识别来寻找并确定待收集目标，进行前进路途规划，在抵达目标所在位置后启动运动控制模块2，将目标收集起来以将其统一运送到指定位置。凭借根据本发明的单一设备就能够在多块网球场地上实现针对多个网球练习人员的练习时的管理需求。

如图1所示，该网球收集机器人的机械结构主要包括用于捡球的拾取机构3、用于寻踪以达成快速全向捡球的运动机构8和优选可区分新旧球的储球区5。能够具备自适应导航能力的运动控制模块2还可分别调控各机构的工作参数。

在该网球收集机器人投入使用之后，在抵达目标所在位置时，拾取机构3可响应于该网球收集机器人抵达目标位置，而驱动其配置的收卷扇叶4转动，将至少一个网球收集到储球区5中。此处，收卷扇叶4可以是分为三组彼此间隔120°的带有尖端的弧形条板。根据一个优选方式，收卷扇叶4可以是由若干齿部并排构成。齿部之间的间隙不大于常规网球直径，可顺利拨动或承托网球。

如图3所示，拾取机构3包括分排地布置在转动杆13的若干收卷扇叶4和与该转动杆13所在位置相对固定的网球导向板11。由于该转动杆13的长度延伸达到该网球收集机器人整体宽度的一半以上、甚至达到该网球收集机器人的宽度之90％以上，因此可以在向一个方向的单次运动中同时收集到一个区域之内的大量网球。对此无需高度精确定位到网球的所在位置，也无需对庞杂数据进行处理计算以得到精确的拾取方案，本申请即可在低定位精确度的同时实现对网球的收集。

在外部驱动下转动杆13转动，由此带动收卷扇叶4。单个收卷扇叶4在沿其长轴方向上的剖视图中整体呈现柳叶形，且其靠近外侧的前端具有顺着转动方向向内的弯曲部。该弯曲部逆着转动方向的外侧具有通过去除材料而形成的斜坡，由此在收卷扇叶4拨动网球向前运动时，收卷扇叶4的前端能够紧贴网球场地面，更精准地捕获网球。换而言之，收卷扇叶4的轴向向内弯曲的前端部具有背侧斜面17，该斜面一方面用于紧贴网球场地面，另一方面用于在转动以捕获多个网球的过程中与网球导向板11共同形成捕球入口18。该捕球入口形成于网球导向板11与收卷扇叶4的具有背侧斜面的前端部之间，且捕球入口的开口宽度占据该网球收集机器人整体宽度的一半以上、甚至达到该网球收集机器人的宽度之90％以上，捕球入口的开口高度由通过转动而运动到最靠近地面的最低点时收卷扇叶4的向内弯曲的前端部与网球导向板11的最下边缘共同限定。为便于被捕获的多个网球均能够顺利进入网球导向板11的弧形内侧引导部，进而去往储球区5，在网球导向板11的靠前的最下边缘处还设有弹性部件，该弹性部件可以是双组分注塑成型的条杆，该条杆靠近地面一侧为柔性刃口19，靠近网球导向板11的弧形内侧引导部的一侧为刚性弧形导入部20，以全向适应网球进入时的弹跳状况。由于条形柔性刃口在整个宽度上延伸，所以其在不同宽度位置分别有着彼此不相关的多个全向弹性变形能力，能够适应多个网球同时纳入时所需的不同弹性。

多个网球可受到收卷扇叶4前端与网球导向板11的共同限制而被捕获，进而通过收卷扇叶4的转动可以拨动网球沿着网球导向板11的内壁向上滚动。在多个网球的情况下，通过设于网球导向板11两端的端壁21达成约束目的，实现多球并行捕获。捕获后的网球将随收卷扇叶4的转动而抵达过渡齿部6。

呈多个叉齿状的过渡齿部6从呈平台状的储球区5向着网球导向板11的方向延伸，其中，过渡齿部6的各个叉齿具有向地面方向倾斜的形态，以利于承托网球。在收卷扇叶4脱离出网球导向板11所在区域时，由于位于网球收集运动下游的过渡齿部6的齿间隔允许收卷扇叶4转动穿过，所以在过渡齿部6能够接替弧形收卷扇叶4来完成对网球承托，可以避免网球向外滚动而脱离拾取机构3。在陆续收集到的网球推动作用下，过渡齿部6上的网球将会被驱赶到储球区5中。

换而言之，被收卷扇叶4向上脱离地面的网球，可以在收卷扇叶4的继续转动下，继续过渡到过渡齿部6上。由于过渡齿部6与部分收卷扇叶4在运动中会在区域部分相汇重合，不仅进一步地缩短了该网球收集机器人的整体尺寸，而且通过新捕获网球来驱赶此前收集的网球去往储球区5的可控性得到了增强。特别是，由于网球捕捉运动方向上靠后的储球区5位于整体设备的高处，过渡齿部6与部分收卷扇叶4的交叉错位布置给位于靠前的网球赋予了摩擦力，当网球收集机器人向前运动时，此前收集的网球可凭借该摩擦力而自行向储球区5滚动。

根据一个另选方案，在一种紧凑设计中，转动杆13的长度不小于单个常规网球的直径。

进入到倾倒机构所提供的储球区5的网球，不会脱离出储球区5。当需要取出储球区5内网球时，倾倒机构能够以其储球区5呈倾斜姿态的方式转动。

储球区5的至少一个内壁在外力驱动下相对转动，转动后的储球区5的该内壁所在面开放，如图6所示，网球在自身重力作用下滚动，离开储球区5。

如图4所示，运动机构8可支持该机器人的全向行动，实现机器人的纵横向以及旋转等多方位运动以及快速变向。在该设置下：即使网球落在靠近墙壁或墙角附近，仍可以通过外部驱动运动机构8，迫使网球滚动，使得拾取机构3上的收卷扇叶4与网球相接触，实现对网球的拾取作用。

如图5所示，运动机构8可采用麦卡姆轮(Mecanum wheel)，每个麦卡姆轮可分别由一个直流减速电机单独驱动。麦卡姆轮能够基于合力矢量实现全向运动。

该网球收集机器人上配置有机器视觉模块1，该机器视觉模块1可以识别到网球场内网球，并获取到其所在位置、机器人与网球之间的距离等多个数据。

本申请提出了基于OpenMV/机器视觉模块1的网球收集方案。OpenMV/机器视觉模块1以STM32F427CPU为核心，集成了OV7725摄像头芯片以及串口硬件电路，其用C语言实现了机器视觉算法，并提供Python编程接口。OpenMV上的机器视觉算法可包括寻找色块、人脸检测、眼球跟踪、边缘检测、标志跟踪等。

该运动控制模块2可以是通过PID(Proportion Integration Differentiation)算法进行PWM(Pulse Width Modulation，脉宽调制)后达到对网球收集机器人的速度和方向的控制。其中电机速度控制可采用增量式PID控制策略。舵机转向控制可采用位置式PD(Proportion Differentiation)控制策略。

如图8所示，该机器视觉模块1将处理得到的图像信息通过串口数据发送给STM32核心主控制器。由STM32核心主控制器将对处理完毕的图像数据进行解析和利用。运动控制模块2可通过电机和舵机达到对网球收集机器人的速度和方向的控制。STM32核心主控制器采用PID函数定义速度与差值处理后，输出四个PWM波形连接A490驱动板的两个使能端，给前后四个驱动轮使能。

在巡线模式下，采用增量式PID控制算法控制运动机构8的电机速度，采用位置式PD控制算法对舵机转向进行控制，从而实现自动循迹功能。在避障模式下，建立针对速度和方向控制的模糊控制器，并结合多重模版匹配法检测到的环境障碍物位置信息，及时引导避障策略，完成避障路径规划。

如图7所示，机器视觉模块1可被配置为寻找视野范围内特定颜色和大小的小球。视野范围内可以是指预先设定的网球场区域。机器视觉模块1可通过串口及时将其所采集到的小球位置和距离信息等传送至运动控制模块2等。

先分别对机器视觉模块1和运动控制模块2进行硬件初始化。初始化完成之后该网球收集机器人进入到巡航模式，如果在摄像机视野内发现目标/网球，机器视觉模块1立即计算其位置等相关数据，并将计算结果通过串口打包发送到运动控制模块2。而运动控制模块2一旦接收到串口发送来的数据，立即开始解析串口数据包，得到目标的位置等若干信息，随后控制网球收集机器人运动到目标附近。在网球收集机器人移动到规定位置后，运动控制模块2控制拾取机构3开始工作，进行捡球，而且拾取机构3可以同时收集多个目标，容错性优异。

该网球收集机器人也可通过手动操作，其与遥控器通过蓝牙相连接，可实现按键自主寻球。该网球收集机器人可通过蓝牙转串口模块，实现上位机与下位机的无线通讯功能。通过发送AT指令(终端设备与PC应用之间的连接与通信的指令)来控制机器人的前进、后退和转弯等。

该蓝牙模块可采用HC-05蓝牙模块。HC-05的通讯距离经实际检测可达20M以上；并且从功耗方面来讲，HC-05具有休眠模式，能节约大量电量，HC-05蓝牙模块的工作电压为稳压3.3V。HC-05的通讯方式为串口通讯，但由于该蓝牙模块的工作电压为2.6V-3.8V，而与其通讯的单片机工作电压为5.5V，如果直接将HC-05蓝牙模块与单片机IO口连接并进行通讯，会使模块因电压过高而烧毁，所以在与单片机串口通讯IO口TX、RX连接时还串有1K电阻。由于蓝牙模块本身不带有任何指示灯，本申请在外围电路设置方面添加了模块工作指示灯及模块通讯成功指示灯，以便于能直观的显示蓝牙模块等是否正常工作，是否有与其他模块进行通讯。

实施例2

本实施例可以是对实施例1的进一步改进和/或补充，重复的内容不再赘述。在不造成冲突或者矛盾的情况下，其他实施例的优选实施方式的整体和/或部分内容可以作为本实施例的补充。本申请所提出的网球收集机器人与至少一个信号基站可进行信息交互，至少一个信息基站的位置已知且固定，而网球收集机器人作为待测标签，其在空间中的位置未知。至少一个信号基站可与服务控制中心进行信息交互。

定位时，首先是待测标签向三个信号基站同时发送定位信号，定位信号一般为发送时间信息、角度信息等用于定位的识别信息。信号基站在接收到信息后，将信息通过网络传输到服务控制中心，由服务控制中心通过算法解算标签位置，并通过信号基站回传给待测标签，完成标签定位。

该运动控制模块2可先进行自身位置的确定，再结合红外避障信息和路径算法进行前进路途规划。定位模块采用基于TDOA(Time Difference of Arrival，到达时间差)的UWB(Ultra Wideband，超带宽)定位技术，提供精准定位。其中，到达时间差TDOA的原理是通过测量不同基站接收同一个移动定位信号的时间差，从而计算出同一个移动站到不同基站的距离差，做出两条双曲线，两双曲线交点即为网球收集机器人坐标。可采用Chan算法对双曲线交点进行求解，以提高定位精度。

设三基站坐标为(x₁,y₁),(x₂,y₂),(x₃,y₃)，选取一号基站为主基站，机器人到三基站的距离分别为d₁,d₂,d₃。

d_i,1＝ct_i,1＝d_i-d₁，i＝1,2,3 (1)

式中：d_i为i号基站到机器人的距离值，t_i,1为机器人到i号基站和一号基站的时间差值，t_i,1乘以光速c得到其距离差值d_i,1。

二维空间有：

式中，

将(2)带入式(1)得：

式(3)两边同时减去

得：

式中，x_i,1＝x_i-x₁表示基站i与基站1横坐标的差值；y_i,1＝y_i-y₁表示基站i与基站1纵坐标的差值。式(4)是关于未知数x，y，z和d₁的线性方程。

将式(4)写成矩阵方程，求解得到机器人位置：

将式(5)带入式(2)，得到关于d₁的两个解，根据先验知识及坐标范围排除之中一个解，可以得到d₁的解。再由式5得到机器人坐标位置，即可得到机器人的坐标。

已知机器人坐标、三基站坐标和球场尺寸，便可计算出打球者的运动范围，指定机器人运动路线，使机器人在打球者运动范围外进行搜球、拾球，不干扰打球者。优选地，也可指定机器人的运动范围，在指定区域内捡球。

若在搜球、拾球过程中遇到如网球网柱等静态障碍物，机器人可通过红外自动避障。

在机器人捡球过程中，若机器人前方检测出如打球者等的动态障碍物，规定机器人与障碍物的最短距离L₁，停止距离L₂。

当动态障碍物与机器人的距离小于L₂时，机器人减速停车；若是两者距离继续减小直至L₁，则机器人向原方向相反方向行驶，直至达到两者距离大于L₂，或者机器人退到球场边缘，停车。待到两者距离超过L₂时，再按指定路线搜球。

实施例3

本实施例可以是对实施例1和2的进一步改进和/或补充，重复的内容不再赘述。在不造成冲突或者矛盾的情况下，其他实施例的优选实施方式的整体和/或部分内容可以作为本实施例的补充。

优选地，过渡齿部6上表面的形状可以是呈凸起状的连续曲面。其上表面上靠近收卷扇叶4的端部向下倾斜，便于网球沿其上表面继续滚动。过渡齿部6的上表面上远离收卷扇叶4的端部向下倾斜，网球先是受到收卷扇叶4的推力作用，沿过渡齿部6的一侧滚动，直至网球沿滚动到过渡齿部6的另一侧，无需收卷扇叶4继续推动，网球即可在自身重力作用下向下滚动，落入储球区5。

在实际使用中，网球管理员往往将新旧网球混合在一起使用，无法及时掌握网球中新旧比例，更换不及时，导致训练人员的训练体验差；若要求人工筛分新旧网球，工作量过大；若不加区分地直接全部更换为新网球，则需要过高的成本，且造成浪费。对此，需要对收集到的网球加以区分，减轻工作量以及降低成本。

如图10所示，储球区5包括第一储球室9和第二储球室10，第一与第二储球室10可以分别用于储存新旧不同的网球。以此回收网球后，可按照网球的新旧程度，选择使用较旧的网球或新网球，用户也可及时筛出使用时间过长而不利于训练的旧网球。

第一与第二储球室10也可以不加区别地储存网球，提高该机器人的总储球量。

第一储球室9和第二储球室10沿竖向并列布置。在机器人的主体架上，设置有一舵机连杆7，该舵机连杆7的一端固定在该主体架上，另一端固定在储球区5的外壁上。

第一储球室9与过渡齿部6之间保留有间隔，保证第一储球室9可以顺利向上抬起，网球能够进入第二储球室10。

第二储球室10的高度不会影响到网球在底盘架15内滚动。

当需要转移出储球区5内的网球时，驱动舵机连杆7，储球区5上靠近收卷扇叶4的一端向上抬起，打开储球区5的出球侧，即可导出网球。

第一与第二储球室10的进球侧均为非完全开放状。进球侧所在壁面的高度可以设置在常规网球直径的1/4～1/2。优选地，进球侧所在壁面的高度可以设置在常规网球直径的1/3。

储球区5的入球侧所在的侧壁，即为靠近收卷扇叶4所在侧的侧壁。储球区5的出球侧所在的侧壁，即为与入球侧相对的侧壁。

在舵机连杆7未伸长时，第一储球室9的进球侧对准过渡齿部6。

在舵机连杆7伸长时，第一与第二储球室10同步倾斜式向上抬起，第一储球室9的进球侧不再对准过渡齿部6，而是第二储球室10的进球侧对准过渡齿部6。由于储球区5的出球侧均封闭状，因此网球不会被倒出。

过渡齿部6不会与储球区5同步运动。过渡齿部6装配在一板体上，该板体固定设置在机器人的主体架上。

过渡齿部6所在板体的高度不高于储球区5的进球侧的壁面高度。

该机器人还配置有至少一个识别设备，该识别设备可以对位于收卷扇叶4上的网球进行类型识别，得出收集到的网球属于使用时间较短的新网球或使用时间较长的旧网球。

该识别设备可安装在网球导向板11的顶部，对准沿网球导向板11的内壁面。在收集网球的过程中，网球和收卷扇叶4均不会接触到该识别设备。

若以位于第一储球室9下方的第二储球室10用于收集新网球，则在识别设备采集到来球为新网球时，机器人指示舵机连杆7工作，抬起整个储球区5，直至第二储球室10的进球侧对准过渡齿部6，来球沿过渡齿部6进入到第二储球室10。

第一储球室9的出球侧设置有一活动页12，活动页12由舵机控制。在外部驱动下，舵机带动活动页12转动，出球侧打开。活动页12的下端部沿第一储球室9延伸至第二储球室10。活动页12仅遮蔽第二储球室10的出球侧的上部分，该部分活动页12足以阻止网球沿第二储球室10的出球侧导出。

在外部驱动下，活动页12以第一角度打开，在该角度下，第二储球室10内网球可沿出球侧导出，而第一储球室9内网球无法导出。第二储球室10内网球导出完毕后，继续加大活动页12的转动角度，在第二角度下，第一储球室9内网球可沿出球侧导出。以此可先后完成新旧网球的收集。

若以位于第一储球室9下方的第二储球室10用于收集新网球，则在识别设备采集到来球为新网球时，机器人指示舵机连杆7工作，抬起整个储球区5，直至第二储球室10的进球侧对准过渡齿部6，来球沿过渡齿部6进入到第二储球室10。

转动杆13上的单排收卷扇叶4由若干个长条承托板14构成。如图9所示，承托板14可以为两段式结构。承托板14的前后两段之间弹性连接，受外力作用下承托板14可弯折，撤去外力后承托板14可恢复原状。承托板14的前后两段之间设置有微型电磁阀16。微型电磁阀16开启，可稳定保持前后两段之间的相对固定关系，受外力作用下承托板14不会弯折。微型电磁阀16关闭，受外力作用下承托板14可弯折。微型电磁阀16可遥控操作。

在识别设备采集到来球中掺杂新旧网球时，识别设备可根据收卷扇叶4上的新旧网球的数量比例以及新旧网球所在位置，选择性拾取网球。

在收卷扇叶4上的新网球比旧网球多时，可选择只拾取新网球。根据识别设备确定出旧网球的位置以及该位置上对应的承托板14，并控制与之相对应的微型电磁阀16动作，使承托板14可弯折。此时，指示转动杆13转动，收卷扇叶4托起网球向上转动，旧网球因其自身重量使得承托板14弯折，脱离出收卷扇叶4，收卷扇叶4继续传送被保留下来的新网球。

优选地，至少三个承托板14所形成的宽度相当一常规网球的直径。

在识别设备识别到收卷扇叶4上仅保留单一类型的网球时，恢复微型电磁阀16的锁定状态，保证拾取过程中网球不会掉落。

相应的，在收卷扇叶4上的旧网球比新网球多时，可选择只拾取旧网球。

另外，在收卷扇叶4上的新旧网球数量一样时，可获取舵机连杆7的状态。若当前为用于收集新网球的第一储球室9对准过渡齿部6，则按筛出新网球进行拾取。若当前为用于收集旧网球的第二储球室10对准过渡齿部6，则按筛出旧网球进行拾取。

根据一种优选实施方式，如图11所示，该网球收集机器人设置有底盘架15，底盘架15可限制进入该网球收集机器人底部的网球的运动范围。底盘架15在入球侧为开放状，底盘架15的高度低于常规网球的直径高度。

在网球对打训练过程中，需要迅速清理场地，以尽快恢复训练，避免网球对训练以及人员的影响。现有的常规网球收集机器人虽然也会进行路径规划，但由于其往往依据球所在位置的远近以及最短收集路径，来逐一拾取。在该方式下，收集速度慢，并且网球可能落在网球击打区域内，也可能落在区域外，极易影响到训练人员，影响训练效果或比赛效果。虽然部分前沿的网球收集机器人，被设计为可以自动规避训练人员，但在训练过程中还同时拾取网球，危险度较高。

在本申请中，该网球收集机器人预先录入有该场地信息，以及该场地中的重点区域以及非重点区域。重点区域主要是指网球击打区域。在网球训练过程中，单次击球结束时，若网球落在重点区域，该网球收集机器人被配置为优先对重点区域内的网球进行快速转移，在转移至非重点区域后再进行拾取。

在该设置下，在单次击球结束后，机器人可快速地确定网球位置，将网球框入其底盘架15内，将其快速转移出重点区域，此时训练人员即可进行下一场训练。在转移到非重点区域后，再执行拾取。

在本申请中，网球收集过程可分步骤进行，先将球转移离场再拾取，而不是逐一拾取后再离场，从而即使是在比赛时，也可以很快将球带离击球区域，不影响训练或比赛的进行。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。本发明说明书包含多项发明构思，诸如“优选地”、“根据一个优选实施方式”或“可选地”均表示相应段落公开了一个独立的构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。

Claims (10)

1.一种网球收集机器人，其特征是，所述网球收集机器人至少包括：

机器视觉模块(1)，用于获取预设区域内至少一个网球的当前位置信息；

运动控制模块(2)，用于根据获取到的关于网球的当前位置信息与该网球收集机器人的当前定位信息，进行前进路途规划；

拾取机构(3)，用于在该网球收集机器人抵达目标位置后配合运动控制模块(2)主动拾取至少一个网球，并可在指定位置释放其收集到的网球。

2.根据权利要求1所述的网球收集机器人，其特征是，所述拾取机构(3)被配置为：

在该网球收集机器人抵达目标位置时，响应于该网球收集机器人抵达目标位置而驱动其装配在网球收集机器人上的至少一个收卷扇叶(4)转动，以此至少一个网球可被收卷扇叶(4)拨动，转移至该网球收集机器人的储球区(5)内。

3.根据权利要求1或2所述的网球收集机器人，其特征是，所述网球收集机器人还包括装配在其储球区(5)入球侧的过渡齿部(6)，过渡齿部(6)与收卷扇叶(4)交错设置，使得位于收卷扇叶(4)上的至少一个网球可沿收卷扇叶(4)滚动至过渡齿部(6)上，进而从入球侧进入储球区(5)，且过渡齿部(6)可贯穿出收卷扇叶(4)连续拾取其他网球。

4.根据权利要求1～3任一项所述的网球收集机器人，其特征是，所述储球区(5)上设置有舵机连杆(7)，在外力驱动下舵机连杆(7)能够带动储球区(5)的入球侧倾斜式抬起，打开储球区(5)的出球侧，则网球可在自身重力作用下从出球侧离开储球区(5)。

5.根据权利要求1～4任一项所述的网球收集机器人，其特征是，所述网球收集机器人还包括支持其全向行动的运动机构(8)，运动控制模块(2)能够通过运动机构(8)达到对网球收集机器人全方位运动的控制。

6.根据权利要求1～5任一项所述的网球收集机器人，其特征是，所述运动控制模块(2)可在巡航模式下，采用增量式PID控制算法控制运动机构(8)的电机速度，采用位置式PD控制算法对运动机构(8)的舵机转向进行控制，从而实现自动循迹，和/或

在避障模式下，建立针对速度和方向控制的模糊控制器，并结合多重模版匹配法检测到的环境障碍物位置信息，及时引导避障策略，完成避障路径规划。

7.一种网球收集机器人，其特征是，所述网球收集机器人至少包括：

储球区(5)；

拾取机构(3)，用于在该网球收集机器人抵达目标位置时，响应于该网球收集机器人抵达目标位置而驱动其装配在网球收集机器人上的至少一个收卷扇叶(4)转动，以此至少一个网球可被拨动随着收卷扇叶(4)转移；

装配在储球区(5)入球侧的过渡齿部(6)，其被配置为与收卷扇叶(4)交错设置，使得随收卷扇叶(4)转移的至少一个网球能够沿收卷扇叶(4)滚动至过渡齿部(6)上，进而从入球侧进入储球区(5)，且过渡齿部(6)可贯穿出收卷扇叶(4)连续拾取其他网球。

8.根据权利要求7所述的网球收集机器人，其特征是，所述储球区(5)包括至少一个储球室，不同储球室的入球侧可分别与过渡齿部(6)相对准，以使得不同储球室内可存储相同或不同类型的网球。

9.一种网球收集机器人的控制方法，其特征是，所述控制方法至少包括以下步骤中的一个或几个：

获取预设区域内至少一个网球的当前位置信息；

根据获取到的关于网球的当前位置信息与该网球收集机器人的当前定位信息，进行前进路途规划；

在该网球收集机器人抵达目标位置后配合运动控制模块(2)主动拾取至少一个网球，并可在指定位置释放其收集到的网球。

10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征是，所述该网球收集机器人的当前定位信息可通过以下步骤中的一个或几个来确定：

定位时，网球收集机器人可向三个信号基站同时发送定位信号，定位信号可包括时间信息和/或角度信息；

至少一个信号基站在接收到定位信息后，将定位信息通过网络传输到服务控制中心；

由服务控制中心通过算法解算标签位置，并通过至少一个信号基站回传给网球收集机器人，完成定位。

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