CN112923790A - 一种基于计算机视觉的智能移动打靶电磁装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于计算机视觉的智能移动打靶电磁装置及控制方法，包括车架基体，竖直设置的云台组件，设置于云台组件的电磁炮体组件，以及设置于车架基体的运动组件；所述云台组件包括设置于车架基体顶部中央的云台、设置于云台的舵机组件，以及设置于云台前端用于识别靶心的视觉追踪模块；所述电磁炮体组件包括设置于云台顶部的固定架、设置于固定架上端的炮管、周向设置于所述炮管的若干个加速线圈，以及设置于炮管上端的装弹管；所述车架基体内侧布置有控制电路模块，以及智能学习模块。本发明具有移动自由，射程可靠，可自我学习，适应性强，误差小，功耗低等优点，可应用于动物救治、无人驾驶、图像处理、社会安全等领域。

Description

一种基于计算机视觉的智能移动打靶电磁装置及控制方法

技术领域

本发明涉及电磁射击技术领域，特别涉及一种基于计算机视觉的智能移动打靶电磁装置及控制方法。

背景技术

电磁炮装置是应用电磁发射技术的一种设备。电磁炮装置的工作机理是基于电磁炮发射原理，变化的电流在闭合回路中产生磁场，使得弹丸受磁场力的作用加速推动、发射前进。随着现代科技的进步，电磁炮装置在医疗、航天技术、社会安全、动物保护等方面的作用越来越重要，引起了国内国外学者的广泛关注。

现有技术的不足之处在于，现有的一些电磁装置需要人工瞄准发射，无法实现自动打靶和无线传输，移动性能比较差，只能固定发射，精准度不高，环境适应性差。

发明内容

本发明的目的克服现有技术存在的不足，为实现以上目的，采用一种基于计算机视觉的智能移动打靶电磁装置及控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

一种基于计算机视觉的智能移动打靶电磁装置，包括车架基体，竖直设置于车架基体顶部中央的云台组件，设置于所述云台组件顶部的电磁炮体组件，以及设置于所述车架基体两侧的运动组件；

所述云台组件包括设置于车架基体顶部中央的云台、设置于云台的舵机组件，以及设置于云台前端用于识别靶心的视觉追踪模块；

所述电磁炮体组件包括设置于云台顶部的固定架、设置于固定架上端的炮管、周向设置于所述炮管的若干个加速线圈，以及设置于炮管上端的装弹管；

所述车架基体内侧布置有控制电路模块；以及

设置有用于数据分析的智能学习模块。

作为本发明的进一步的方案：所述舵机组件包括水平舵机，以及仰俯舵机。

作为本发明的进一步的方案：所述视觉追踪模块包括设置于云台前端的机器视觉模块，以及超声波测距模块，所述云台前端设置有红外感应模块。

作为本发明的进一步的方案：所述控制电路模块包括电源、连接于电源的充放电模块，以及升压模块。

作为本发明的进一步的方案：所述智能学习模块连接于所述控制电路模块。

作为本发明的进一步的方案：所述充放电模块采用晶闸管和二极管，所述电源采用聚合物锂电池。

作为本发明的进一步的方案：所述运动组件包括设置于车架基体底部的六足腿、设置于车架基体两侧的轮胎，以及设置于所述轮胎中间的飞行翼。

一种包括如上述任一项所述的一种基于计算机视觉的智能移动打靶电磁装置的控制方法，包括如下步骤：

通过机器视觉模块和超声波测距模块获取目标靶的位置信息；

利用控制电路模块接收目标靶的位置信息进行处理；

驱动运动模块进行位置移动，同时驱动云台的舵机组件锁定目标靶的靶心位置，进行定位射击。

作为本发明的进一步的方案：所述电磁炮的红外感应模块未感应到目标靶，则系统进入低功耗的待机状态，若感应到目标靶，则系统进入射击状态。

作为本发明的进一步的方案：所述电磁炮的位置信息处理方法的具体步骤包括：

获取每一次测验时发射的轨迹和云台的舵机组件调整的角度以及弹丸初速度；

智能学习模块根据设定的弹道模型自我学习并调整参数；

将参数反馈给控制电路模块重新矫正，自动实现对炮弹发射的距离和角度的分析处理。

与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：

通过采用上述的技术方案，设置智能学习模块，利用获取的测试射击数据信息调整云台的舵机组件的射击角度和距离，实现自动分析处理，同时提升了电磁炮的精准性，减小了误差。在云台设置红外感应模块，利用反馈的数据进行工作模式的调整，自动进入低功耗的休眠状态。通过改变不同的运动模式，可以实现应用于不同地形，环境适应性强。

附图说明

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述：

图1为本申请公开的一些实施例的智能移动打靶电磁装置的结构示意图；

图2为本申请公开的一些实施例的智能移动打靶电磁装置的左侧示意图；

图3为本申请公开的一些实施例的智能学习模块的结构示意图；

图4为本申请公开的一些实施例的智能移动打靶电磁装置的射击弹道示意图；

图5为本申请公开的一些实施例的智能移动打靶电磁装置的轮胎模式示意图；

图6为本申请公开的一些实施例的智能移动打靶电磁装置的六足模式示意图；

图7为本申请公开的一些实施例的智能移动打靶电磁装置的飞行翼模式示意图；

图8为本申请公开的一些实施例的智能移动打靶电磁装置的控制电路模块的结构示意图；

图9为本申请公开的一些实施例的智能移动打靶电磁装置的充放电模块的电路原理示意图；

图10为本申请公开的一些实施例的智能移动打靶电磁装置的升压模块的电路原理示意图。

图中：1、车架基体；11、控制电路模块；111、电源；112、充放电模块；113、升压模块；12、智能学习模块；2、云台组件；21、云台；22、舵机组件；221、水平舵机；222、仰俯舵机；23、视觉追踪模块；231、机器视觉模块；232、超声波测距模块；233、红外感应模块；3、电磁炮体组件；31、固定架；32、炮管；33、加速线圈；34、装弹管；4、运动组件；41、六足腿；42、轮胎；43、飞行翼。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1和图2，本发明实施例中，一种基于计算机视觉的智能移动打靶电磁装置，包括车架基体1，竖直设置于车架基体1顶部中央用于识别检测和瞄准目标靶心的云台组件2，设置于所述云台组件2顶部用于对目标靶心进行射击的电磁炮体组件3，以及设置于所述车架基体1两侧用于驱动电磁炮移动的运动组件4。

如图1和图2所示，所述云台组件2包括竖直设置于车架基体1顶部中央的云台21、设置于云台21的舵机组件22，该舵机组件22包括用于调节云台21水平角度的水平舵机221，以及用于调节云台21的仰俯角度的仰俯舵机222。以及设置于云台21前端用于识别靶心的视觉追踪模块23。

所述电磁炮体组件3包括设置于云台21顶部用于固定的固定架31、设置于固定架31上端的炮管32、周向设置于所述炮管32的若干个加速线圈33，以及设置于炮管32上端的装弹管34。通过炮管32的周围设置若干个加速线圈33，并控制各个加速线圈33的通电顺序，从而形成连续动作的磁场，利用磁场对弹丸的力的作用发射出弹丸。

所述车架基体1内侧布置有控制电路模块11，以及无线连接于所述控制电路模块11的智能学习模块12。

在一些具体的实施例中，如图1和图3所示，所述视觉追踪模块23包括设置于云台21前端的机器视觉模块231，以及超声波测距模块232。所述机器视觉模块231配合超声波测距模块232能够实时获取目标靶的位置数据，并将数据进行传输。该机器视觉模块231可采用OPENMV机器视觉模块231。

具体的，内部的控制电路模块11采用的STM32H7单片处理将目标数据解算处理后将再发送给单片机主控系统，根据处理后的目标数据识别出靶心位置对目标靶进行定位。

在一些具体的实施例中，如图1和图2所示，所述云台21前端设置有红外感应模块233。该红外感应模块233可用于对整个电磁炮系统的状态控制。当红外感应模块233未感应到物体或目标靶时，则系统进入待机休眠状态，感应到物体或目标靶时，则进入射击状态。

如图3和图4所示，所述智能学习模块12通过无线通讯连接于控制电路模块11，所述智能学习模块12设置在弹道外围一侧，电磁炮装置发射弹丸，弹丸在弹道中运动，所述智能学习模块12的摄像头实时记录弹丸在弹道中发射的轨迹等信息，包括弹丸的落地点到发射点的距离，以及装置的仰角数据。所述智能学习模块12设置有的树莓派内部弹道模型的函数关系，并进行自我学习调整参数，并通过无线传输将函数模型的参数反馈给电磁炮装置的STM32F407单片处理器进行发射轨迹模型建立，并调整其相应角度，达到相应射击距离。

在一些具体的实施例中，电磁炮装置具有两种工作模式，智能追踪射击模式，以及手动远程控制模式。所述智能学习模块12能够配合所述红外感应模块233自动识别目标物体，并进一步的通过设置有摄像头，以确定目标物体靶心进行定位射击。也可通过接收远程遥控信号，控制电磁炮进行目标物体的定位射击。

在一些具体的实施例中，如图8、图9和图10所示，所述控制电路模块11包括电源111、连接于电源111的充放电模块112，以及升压模块113。

如图9所示，所述充放电模块112采用晶闸管和二极管，所述电源111采用聚合物锂电池。具体的，使用大功率的70TPS16晶闸管，通过控制门极的电压，实现对电路充放电的控制，所述充放电模块112还使用了6A10二极管，起到整流作用的同时避免了电路反接时电容爆炸的危险情况。电源111采用大容量的12V 35C航模聚合物锂电池，以便电容充电时供给的电流大且快。

如图10所示，所述升压模块113采用ZVS升压模块113，通过调节电位器将电压调到合适的电压，这里我们选取的合适电压为310V。

在一些具体的实施例中，如图5、图6和图7所示，所述运动组件4包括设置于车架基体1底部的六足腿41、设置于车架基体1两侧的轮胎42，以及设置于所述轮胎42中间的飞行翼43。

在一些具体的实施例中，本发明的智能移动打靶电磁装置可应用于多种应用场景，其中包括动物救治、无人驾驶、图像处理、社会安全维持等多个场景。

具体的，采用轮胎42时，可应用于陆地环境，轮胎42中部为镂空桨叶，可在水中驱动车体前进，可应用于水面或水底环境。采用六足腿41时，可应用于多种地形复杂，环境恶劣，地面凹凸不平的极端陆地环境。采用飞行翼43时，飞行翼43的旋翼通过旋转产生升力，促使车体在空中运动，发射电磁炮。其中采用轮胎42模式，在社会安全维护场景中的平地巡逻场景。而在动物救治和保护的场景中，可采用六足腿41和飞行翼43的模式，以便适应各种复杂环境和地形，做相应的动作。

在一些动物救治具体实施例中，首先可根据实际环境，对智能移动打靶电磁装置的移动模式进行选择，可选择运动模式有：轮胎42模式、六足腿41模式或飞行翼43模式。本装置在摄像头和红外感应模块233的配合作用下，进行智能追踪射击模式或者手动远程控制模式确认，追踪受伤需紧急救治的动物个体。在确定需要救治的目标个体时，通过智能追踪设计模式或远程控制模式，启动电磁装置，在控制系统的控制芯片的控制下，确定目标个体的位置，将带有救治动物的药物或者麻醉药物的弹丸射击注入动物体内。进而对受伤动物进行进一步的救治和妥善安置。

平地巡逻场景实施例中，可通过选择确定运动模式，按照规定的巡逻路线进行平地巡逻。且时刻通过摄像头实时传输巡逻画面到后台指挥中心。也可采用感应模式，在感应到目标时，向后台指挥中心传输图像或者视频。在遭遇突发情况时，实时向后台发送报警信号。

一种包括如上述任一项所述的一种基于计算机视觉的智能移动打靶电磁装置的控制方法，包括如下步骤：

通过机器视觉模块231和超声波测距模块232获取目标靶的位置信息；

利用控制电路模块11接收目标靶的位置信息进行处理；

驱动运动模块进行位置移动，同时驱动云台21的舵机组件22锁定目标靶的靶心位置，进行定位射击。

在一些具体的实施例中，所述电磁炮的红外感应模块233未感应到目标靶，则系统进入低功耗的待机状态，若感应到目标靶，则系统进入射击状态。

在一些具体的实施例中，所述电磁炮的位置信息处理方法的具体步骤包括：

获取每一次测验时发射的轨迹和云台21的舵机组件22调整的角度以及弹丸初速度；

智能学习模块12根据设定的弹道模型自我学习并调整参数；

将参数反馈给控制电路模块11重新矫正，自动实现对炮弹发射的距离和角度的分析处理。

有益效果：

环境适应性强，采用水、陆、空多种变形，包括轮胎、六足、飞行翼多种驱动模式，适应于不同场景的复杂地形和环境。

精准性高，误差小，通过智能学习调节电磁装置发射弹丸的轨道参数，并进行校准。实现智能自动的对弹丸的距离和角度的分析和处理。

多种工作模式，智能追踪射击模式，以及手动远程控制模式，适应更多的应用场景。

低功耗，通过设置红外感应模块，改变装置的工作状态，已达到低功耗节能的目的。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于计算机视觉的智能移动打靶电磁装置，其特征在于，包括车架基体(1)，竖直设置于车架基体顶部中央的云台组件(2)，设置于所述云台组件顶部的电磁炮体组件(3)，以及设置于所述车架基体两侧的运动组件(4)；

所述云台组件包括设置于车架基体顶部中央的云台(21)、设置于云台的舵机组件(22)，以及设置于云台前端用于识别靶心的视觉追踪模块(23)；

所述电磁炮体组件包括设置于云台顶部的固定架(31)、设置于固定架上端的炮管(32)、周向设置于所述炮管的若干个加速线圈(33)，以及设置于炮管上端的装弹管(34)；

所述车架基体内侧布置有控制电路模块(11)；以及

设置有用于数据分析的智能学习模块(12)。

2.根据权利要求1所述一种基于计算机视觉的智能移动打靶电磁装置，其特征在于，所述舵机组件包括水平舵机(221)，以及仰俯舵机(222)。

3.根据权利要求1所述一种基于计算机视觉的智能移动打靶电磁装置，其特征在于，所述视觉追踪模块包括设置于云台前端的机器视觉模块(231)，以及超声波测距模块(232)，所述云台前端设置有红外感应模块(233)。

4.根据权利要求1所述一种基于计算机视觉的智能移动打靶电磁装置，其特征在于，所述控制电路模块包括电源(111)、连接于电源的充放电模块(112)，以及升压模块(113)。

5.根据权利要求4所述一种基于计算机视觉的智能移动打靶电磁装置，其特征在于，所述智能学习模块连接于所述控制电路模块。

6.根据权利要求4所述一种基于计算机视觉的智能移动打靶电磁装置，其特征在于，所述充放电模块采用晶闸管和二极管，所述电源采用聚合物锂电池。

7.根据权利要求1所述一种基于计算机视觉的智能移动打靶电磁装置，其特征在于，所述运动组件包括设置于车架基体底部的六足腿(41)、设置于车架基体两侧的轮胎(42)，以及设置于所述轮胎中间的飞行翼(43)。

8.一种包括如权利要求1-7任一项所述的一种基于计算机视觉的智能移动打靶电磁装置的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

通过机器视觉模块和超声波测距模块获取目标靶的位置信息；

利用控制电路模块接收目标靶的位置信息进行处理；

驱动运动模块进行位置移动，同时驱动云台的舵机组件锁定目标靶的靶心位置，进行定位射击。

9.根据权利要求8所述一种基于计算机视觉的智能移动打靶电磁装置的控制方法，其特征在于，所述电磁炮的红外感应模块未感应到目标靶，则系统进入低功耗的待机状态，若感应到目标靶，则系统进入射击状态。

10.根据权利要求8所述一种基于计算机视觉的智能移动打靶电磁装置的控制方法，其特征在于，所述电磁炮的位置信息处理方法的具体步骤包括：

获取每一次测验时发射的轨迹和云台的舵机组件调整的角度以及弹丸初速度；

智能学习模块根据设定的弹道模型自我学习并调整参数；

将参数反馈给控制电路模块重新矫正，自动实现对炮弹发射的距离和角度的分析处理。

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