CN113813577A

CN113813577A - 一种乒乓球自动捡拾设备

Info

Publication number: CN113813577A
Application number: CN202111167445.5A
Authority: CN
Inventors: 刘晓敏; 王浩宇
Original assignee: Nantong University
Current assignee: Nantong University
Priority date: 2021-10-07
Filing date: 2021-10-07
Publication date: 2021-12-21
Anticipated expiration: 2041-10-07
Also published as: CN113813577B

Abstract

本发明涉及自动化控制技术领域，具体涉及一种乒乓球自动捡拾设备，包括控制系统、乒乓球拾取装置、乒乓球收纳装置和轮式机器人；乒乓球拾取装置与乒乓球收纳装置活动连接，乒乓球收纳装置设于轮式机器人的上方。乒乓球拾取装置，用于拾取乒乓球；乒乓球收纳装置，用于收纳拾取装置的乒乓球；轮式机器人，用于带动乒乓球收纳装置行走；控制系统用于控制乒乓球拾取装置、乒乓球收纳装置和轮式机器人的动作。本发明将乒乓球的自动捡拾操作过程分为乒乓球识别、乒乓球聚拢、乒乓球拾取以及乒乓球收纳四个步骤。该设备结构简单合理，可以连续地对区域内的乒乓球自动捡拾，成功率极高，降低了人工成本，提高了乒乓球自动捡拾的自动化水平。

Description

一种乒乓球自动捡拾设备

技术领域

本发明涉及自动化控制技术领域，具体涉及一种乒乓球自动捡拾设备。

背景技术

目前，现有乒乓球的捡拾操作大部分通过工作人员频繁弯腰捡拾，不但人工成本较高，而且长期工作极易产生腰部疾病。根据调研发现，现有关于乒乓球捡拾设备的相关研究，但大多是通过人工操作，并没有完全解放劳动力。另外，现有自动化实现乒乓球捡拾操作的设备则是对乒乓球进行定位后逐个抓取，抓取装置设计不合理，效率低且容易抓取失败，无法推广使用。

发明内容

针对以上问题，本发明提供了一种乒乓球自动捡拾设备，结构简单合理，可以连续地对区域内的乒乓球自动捡拾，成功率极高，降低了人工成本，提高了乒乓球自动捡拾的自动化水平。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种乒乓球自动捡拾设备，包括控制系统、乒乓球拾取装置、乒乓球收纳装置和轮式机器人；所述乒乓球拾取装置与乒乓球收纳装置活动连接，所述乒乓球收纳装置设于轮式机器人的上方；所述乒乓球拾取装置，用于拾取乒乓球；所述乒乓球收纳装置，用于收纳拾取装置的乒乓球；所述轮式机器人，用于带动乒乓球收纳装置行走；所述控制系统用于控制乒乓球拾取装置、乒乓球收纳装置和轮式机器人的动作。

通过采用上述技术方案，可以连续地对区域内的乒乓球自动捡拾，成功率极高，降低了人工成本，提高了乒乓球自动捡拾的自动化水平。

优选地，所述乒乓球拾取装置包括外框、聚拢机构和拾取机构；所述外框为左侧板、右侧板和后板构成的半包围框体；

所述外框还包括设置在半包围框体内部的第一内板和第二内板，所述第一内板设置在左侧板和右侧板之间，所述第一内板与后板平行设置并将半包围框体分为前端区域和后端区域；所述第二内板设置在右侧板的内表面，且第二内板与右侧板垂直设置，所述第二内板与第一内板的底端连接并将前端区域分为上部分和下部分；所述后板的顶端外侧设置有固定卡套。

优选地，所述聚拢机构位于前端区域，所述聚拢机构包括水平传动单元、第一推杆电机和推板；

所述水平传动单元位于前端区域的上部分，所述水平传动单元设置在左侧板的内侧壁上，所述第一推杆电机滑动设置在水平传动单元上，所述推板设置在第一推杆电机的伸缩端；所述第一推杆电机带动推板沿Z轴方向运动，所述水平传动单元带动第一推杆电机沿Y轴方向运动。

通过采用上述技术方案，由聚拢机构将乒乓球聚拢到目标区域。

优选地，所述拾取机构包括位于后端区域，所述拾取机构包括第二推杆电机和捡拾框；

所述第二推杆电机设置在第一内板的顶部，所述捡拾框为矩形框架，所述第二推杆电机的活动端通过连接杆与捡拾框连接，所述捡拾框的框架内设有若干条平行于X轴的塑性绳；所述第二推杆电机带动捡拾框沿Z轴方向运动。

通过采用上述技术方案，由塑性绳将乒乓球卡进捡拾框内部。

优选地，所述乒乓球收纳装置包括收纳箱和旋转电机；所述收纳箱为空心长方体，所述收纳箱的顶部面板通过合页与其侧面板连接，所述旋转电机固定设置在收纳箱的侧面板外侧，所述旋转电机的旋转轴穿设于固定卡套的内部，所述旋转电机的旋转轴上方设有平行于XY面的延长挡板；所述旋转电机带动外框绕旋转轴旋转。

通过采用上述技术方案，将乒乓球转移到收纳箱中，实现了乒乓球的自动捡拾操作。

优选地，所述轮式机器人包括载盘、滚轮和摄像头；所述载盘上方固定安装收纳箱，所述滚轮设置在载盘的两侧，所述摄像头安装在载盘靠近乒乓球拾取装置的一侧；所述摄像头用于识别乒乓球并定位。

通过采用上述技术方案，可带动乒乓球收纳装置和乒乓球拾取装置移动至目标位置，从而实现自动化操作。

优选地，所述推板沿Z轴方向的长度与第一内板底端到地面的距离相等，所述推板沿Z轴方向的长度大于乒乓球的直径，所述推板卡合在左侧板和右侧板的内部。

优选地，所述捡拾框内部的塑性绳间隔略小于乒乓球的直径，所述捡拾框卡合在左侧板、右侧板、后板和第一内板的内部。

通过采用上述技术方案，由推板和塑性绳共同配合作用，用于将将乒乓球卡进设备内部。

优选地，所述水平传动单元由滚珠丝杆电机驱动。

优选地，所述水平传动单元、第一推杆电机、第二推杆电机和旋转电机均与控制系统电连接。

通过采用上述技术方案，由控制系统分别控制水平传动单元、第一推杆电机、第二推杆电机和旋转电机，从而实现捡拾设备的自动化、智能化控制。

本发明有益效果：

本发明提供的乒乓球自动捡拾设备，在乒乓球自动捡拾过程中，首先识别乒乓球并定位，然后设备行进到目标区域将乒乓球聚拢，通过塑性绳将乒乓球卡进设备内部，最后将乒乓球转移到收纳箱中，实现了乒乓球的自动捡拾操作。该乒乓球自动捡拾设备结构简单合理，可以连续地对区域内的乒乓球自动捡拾，成功率极高，降低了人工成本，提高了乒乓球自动捡拾的自动化水平。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明中乒乓球拾取装置的结构示意图；

图3是本发明中聚拢机构的结构示意图；

图4是本发明中拾取机构的结构示意图；

图5是本发明中乒乓球收纳装置的结构示意图。

图中：1乒乓球拾取装置、11外框、111左侧板、112右侧板、113后板、第一内板、第二内板、12聚拢机构、121水平传动单元、122第一推杆电机、123推板、13拾取机构、131第二推杆电机、132捡拾框、2乒乓球收纳装置、21收纳箱、22旋转电机、23延长挡板、3轮式机器人、31载盘、32滚轮、33摄像头。

具体实施方式

下面结合附图将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以使本领域的技术人员能够更好的理解本发明的优点和特征，从而对本发明的保护范围做出更为清楚的界定。本发明所描述的实施例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的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。

参照图1-5，一种乒乓球自动捡拾设备，包括控制系统、乒乓球拾取装置1、乒乓球收纳装置2和轮式机器人3；所述乒乓球拾取装置1与乒乓球收纳装置2活动连接，所述乒乓球收纳装置2设于轮式机器人3的上方；所述乒乓球拾取装置1，用于拾取乒乓球；所述乒乓球收纳装置2，用于收纳拾取装置的乒乓球；所述轮式机器人3，用于带动乒乓球收纳装置行走；所述控制系统用于控制乒乓球拾取装置1、乒乓球收纳装置2和轮式机器人3的动作。

本实施例中，由轮式机器人3带动乒乓球拾取装置1和乒乓球收纳装置2行走至目标区域，由乒乓球拾取装置1拾取乒乓球，由乒乓球收纳装置2收纳乒乓球，通过乒乓球拾取装置1、乒乓球收纳装置2和轮式机器人3相互配合作用，可以连续地对区域内的乒乓球自动捡拾，成功率极高，降低了人工成本，提高了乒乓球自动捡拾的自动化水平。

具体的，参照图2，所述乒乓球拾取装置1包括外框11、聚拢机构12和拾取机构13；所述外框11为左侧板111、右侧板112和后板113构成的半包围框体；

所述外框11还包括设置在半包围框体内部的第一内板114和第二内板115，所述第一内板114设置在左侧板111和右侧板112之间，所述第一内板114与后板113平行设置并将半包围框体分为前端区域和后端区域；所述第二内板115设置在右侧板112的内表面，且第二内板115与右侧板112垂直设置，所述第二内板115与第一内板114的底端连接并将前端区域分为上部分和下部分；所述后板113的顶端外侧设置有固定卡套。

本实施例中，半包围框体用于安装聚拢机构12和拾取机构13，并采用聚拢机构12和拾取机构13相互配合作用将目标区域内的乒乓球拾取至半包围框体内的指定位置。

具体的，参照图3，所述聚拢机构12位于前端区域，所述聚拢机构12包括水平传动单元121、第一推杆电机122和推板123；

所述水平传动单元121位于前端区域的上部分，所述水平传动单元121设置在左侧板111的内侧壁上，所述第一推杆电机122滑动设置在水平传动单元121上，所述推板123设置在第一推杆电机122的伸缩端；所述第一推杆电机122带动推板123沿Z轴方向运动，所述水平传动单元121带动第一推杆电机122沿Y轴方向运动。

其中，所述推板123沿Z轴方向的长度与第一内板114底端到地面的距离相等，所述推板123沿Z轴方向的长度大于乒乓球的直径，所述推板123卡合在左侧板111和右侧板112的内部。

本实施例中，水平传动单元121包括驱动电机、丝杆、丝杆螺母和滑台，第一推杆电机122固定设置在滑台上，丝杆通过轴承可旋转地设置在滑台上的轴承座上，丝杆螺母套设在丝杆上且一端固定在滑台的底部，驱动电机的输出轴与丝杆的一端相连接。

这里由第一推杆电机122动作带动推板123沿Z轴方向运动，由水平传动单元121动作带动第一推杆电机122沿Y轴方向运动，从而可以将乒乓球聚拢到目标区域。

具体的，参照图4，所述拾取机构13包括位于后端区域，所述拾取机构13包括第二推杆电机131和捡拾框132；

所述第二推杆电机131设置在第一内板114的顶部，所述捡拾框132为矩形框架，所述第二推杆电机131的活动端通过连接杆与捡拾框132连接，所述捡拾框132的框架内设有若干条平行于X轴的塑性绳；所述第二推杆电机131带动捡拾框132沿Z轴方向运动。

其中，所述捡拾框132内部的塑性绳间隔略小于乒乓球的直径，所述捡拾框132卡合在左侧板111、右侧板112、后板113和第一内板114的内部。

本实施例中，由第二推杆电机131动作带动捡拾框132沿Z轴方向运动，通过捡拾框132内部的若干条平行于X轴的塑性绳将乒乓球卡进由左侧板111、右侧板112、后板113和第一内板114围成的区域内。

具体的，参照图5，所述乒乓球收纳装置2包括收纳箱21和旋转电机22；所述收纳箱21为空心长方体，所述收纳箱21的顶部面板通过合页与其侧面板连接，所述旋转电机22固定设置在收纳箱21的侧面板外侧，所述旋转电机22的旋转轴穿设于固定卡套的内部，所述旋转电机22的旋转轴上方设有平行于XY面的延长挡板23；所述旋转电机22带动外框绕旋转轴旋转。

本实施例中，由旋转电机22转动带动外框绕旋转轴旋转90度以上，从而可以捡拾框内的乒乓球倾倒至收纳箱中，实现了乒乓球的自动捡拾操作。

具体的，所述轮式机器人3包括载盘31、滚轮32和摄像头33；所述载盘31上方固定安装收纳箱21，所述滚轮32设置在载盘31的两侧，所述摄像头33安装在载盘31靠近乒乓球拾取装置的一侧；所述摄像头33用于识别乒乓球并定位。

本实施例中，由轮式机器人3行走可带动乒乓球收纳装置和乒乓球拾取装置移动至目标位置，从而实现自动化操作。

具体的，所述水平传动单元121由滚珠丝杆电机驱动。所述水平传动单元121、第一推杆电机122、第二推杆电机131和旋转电机22均与控制系统电连接。

本实施例中，由控制系统分别控制水平传动单元121、第一推杆电机122、第二推杆电机131和旋转电机22，从而实现捡拾设备的自动化、智能化控制。

在本发明实施例中，左侧板111上设置有限位开关，用于确定滑台的初始状态位置。

本发明的工作原理：

初始状态下，限位开关处于得电状态，当摄像头33检测到乒乓球并定位后，控制系统控制相应电机运转，从而驱动滚轮32转动带动设备移动至目标处。此时，控制系统控制第一推杆电机122作伸出动作并延时预设时间，带动推板123沿Z轴反方向移动到地面处；然后，控制系统控制驱动电机正向转动并延时预设时间，带动推板123沿Y轴反方向移动到接近第一内板114处，将位于设备前端区域下部分的乒乓球推送至后端区域；接着，控制系统控制第二推杆电机131作伸出动作并延时预设时间，位于设备后端区域的乒乓球透过捡拾框132中间的塑性绳卡合进设备内部；然后，控制系统控制第二推杆电机131作收缩动作并延时相同预设时间；此时，完成一次乒乓球的自动捡拾操作，控制系统控制驱动电机反向转动，带动推板123沿Y轴正方向移动远离第一内板114，当限位开关得电后驱动电机停止转动；然后控制系统控制第一推杆电机122作收缩动作并延时相同预设时间，推板123复位并准备下次乒乓球的自动捡拾操作。

当完成乒乓球的自动捡拾操作预设次数后，控制系统控制旋转电机22正向转动预设时间，带动乒乓球拾取装置1旋转90度以上，将位于捡拾框132上方的乒乓球倾倒至收纳箱21内部，随后控制系统控制旋转电机22反向转动相同预设时间，乒乓球拾取装置1复位，至此，乒乓球的自动捡拾操作完成，工作人员可打开收纳箱21顶盖取出乒乓球。

综上所述，该乒乓球自动捡拾设备，在乒乓球自动捡拾过程中，首先识别乒乓球并定位，然后设备行进到目标区域将乒乓球聚拢，通过塑性绳将乒乓球卡进设备内部，最后将乒乓球转移到收纳箱中，实现了乒乓球的自动捡拾操作。该乒乓球自动捡拾设备结构简单合理，可以连续地对区域内的乒乓球自动捡拾，成功率极高，降低了人工成本，提高了乒乓球自动捡拾的自动化水平。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims

1.一种乒乓球自动捡拾设备，其特征在于：包括控制系统、乒乓球拾取装置、乒乓球收纳装置和轮式机器人；

所述乒乓球拾取装置与乒乓球收纳装置活动连接，所述乒乓球收纳装置设于轮式机器人的上方；

所述乒乓球拾取装置，用于拾取乒乓球；

所述乒乓球收纳装置，用于收纳拾取装置的乒乓球；

所述轮式机器人，用于带动乒乓球收纳装置行走；

所述控制系统用于控制乒乓球拾取装置、乒乓球收纳装置和轮式机器人的动作。

2.根据权利要求1所述的一种乒乓球自动捡拾设备，其特征在于：所述乒乓球拾取装置包括外框、聚拢机构和拾取机构；

所述外框为左侧板、右侧板和后板构成的半包围框体；

所述外框还包括设置在半包围框体内部的第一内板和第二内板，所述第一内板设置在左侧板和右侧板之间，所述第一内板与后板平行设置并将半包围框体分为前端区域和后端区域；所述第二内板设置在右侧板的内表面，且第二内板与右侧板垂直设置，所述第二内板与第一内板的底端连接并将前端区域分为上部分和下部分；

所述后板的顶端外侧设置有固定卡套。

3.根据权利要求2所述的一种乒乓球自动捡拾设备，其特征在于：所述聚拢机构位于前端区域，所述聚拢机构包括水平传动单元、第一推杆电机和推板；

所述水平传动单元位于前端区域的上部分，所述水平传动单元设置在左侧板的内侧壁上，所述第一推杆电机滑动设置在水平传动单元上，所述推板设置在第一推杆电机的伸缩端；

所述第一推杆电机带动推板沿Z轴方向运动，所述水平传动单元带动第一推杆电机沿Y轴方向运动。

4.根据权利要求3所述的一种乒乓球自动捡拾设备，其特征在于：所述拾取机构包括位于后端区域，所述拾取机构包括第二推杆电机和捡拾框；

5.根据权利要求4所述的一种乒乓球自动捡拾设备，其特征在于：所述乒乓球收纳装置包括收纳箱和旋转电机；

所述收纳箱为空心长方体，所述收纳箱的顶部面板通过合页与其侧面板连接，所述旋转电机固定设置在收纳箱的侧面板外侧，所述旋转电机的旋转轴穿设于固定卡套的内部，所述旋转电机的旋转轴上方设有平行于XY面的延长挡板；

所述旋转电机带动外框绕旋转轴旋转。

6.根据权利要求1所述的一种乒乓球自动捡拾设备，其特征在于：所述轮式机器人包括载盘、滚轮和摄像头；

所述载盘上方固定安装收纳箱，所述滚轮设置在载盘的两侧，所述摄像头安装在载盘靠近乒乓球拾取装置的一侧；

所述摄像头用于识别乒乓球并定位。

7.根据权利要求3所述的一种乒乓球自动捡拾设备，其特征在于：所述推板沿Z轴方向的长度与第一内板底端到地面的距离相等，所述推板沿Z轴方向的长度大于乒乓球的直径，所述推板卡合在左侧板和右侧板的内部。

8.根据权利要求4所述的一种乒乓球自动捡拾设备，其特征在于：所述捡拾框内部的塑性绳间隔略小于乒乓球的直径，所述捡拾框卡合在左侧板、右侧板、后板和第一内板的内部。

9.根据权利要求3所述的一种乒乓球自动捡拾设备，其特征在于：所述水平传动单元由滚珠丝杆电机驱动。

10.根据权利要求5所述的一种乒乓球自动捡拾设备，其特征在于：所述水平传动单元、第一推杆电机、第二推杆电机和旋转电机均与控制系统电连接。