CN203355229U - 基于视觉识别和多传感器数据融合的智能捡球装置 - Google Patents
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Abstract
基于视觉识别和多传感器数据融合的智能捡球装置，采用多传感器数据融合方法，第一红外传感器1-8、第二红外传感器1-21、第三红外传感器1-22、第四红外传感器1-9为4个固定位置的传感器，可检测智能捡球装置1顶角的障碍物，第五舵机1-10控制的第五红外传感器1-11、第六舵机1-17控制的第六红外传感器1-18、第七舵机1-19控制的第七红外传感器1-20组成3组可成角度摆动的传感器，这些传感器将采集到的数据实时传送至控制系统，经控制系统处理后检测前方、左方和右方的障碍物，实现避障功能；红外计数传感器1-5将采集到的球体数量信息发送至控制系统处理，实现计数功能。
Description
技术领域
本实用新型涉及用于网球、乒乓球等场馆的智能捡球装置。
背景技术
随着人们生活水平的提高，越来越多的人开始喜欢上乒乓球、网球等业余活动，而乒乓球、网球场馆的捡球工作是一项繁重的体力劳动，人工捡球费时费力，且效率不高。近年来，人们不断尝试用智能机器人代替人工来从事此项工作。目前，已提出专利申请的双模智能捡球机器人控制系统（申请号：CN201310155091.1）利用两种工作模式相互结合的特点解决了捡取乒乓球、网球的问题。但其捡球效率较低，智能性较差，且不具备对所捡取的球体个数信息进行计数的功能。因此，研发一种基于视觉识别和多传感器数据融合的智能捡球装置来提高捡球效率、提升智能性、实现捡球计数是十分必要的。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种基于视觉识别和多传感器数据融合的智能捡球装置。
本实用新型是基于视觉识别和多传感器数据融合的智能捡球装置，该装置由整体机械结构、图像采集系统、避障系统、动力系统、捡球计数系统、控制系统、外包板组成；整体机械结构包括底层机械结构1-46、顶层机械结构1-47；底层机械结构1-46用于安装图像采集系统、壁障系统、动力系统、捡球计数系统；顶层机械结构1-47用于安装控制系统。
底层机械结构1-46由第一横梁（1-48、第二横梁1-49、第一侧梁1-54、第二侧梁1-55组成，第一侧梁1-54与第二侧梁1-55平行，第一横梁1-48与第二横梁1-49均垂直于第一侧梁1-54和第二侧梁1-55，且第一横梁1-48位于第一侧梁1-54与第二侧梁1-55所组成平面的上方，第二横梁1-49 位于第一侧梁1-54与第二侧梁1-55所组成平面的下方；顶层机械机构1-47由第一立柱1-58、第二立柱1-59、第三立柱1-60、第四立柱1-61、第五立柱1-62、第六立柱1-63、第七立柱1-64、第八立柱1-65、第三横梁1-50、第四横梁1-51、第五横梁1-52、第六横梁1-53、第三侧梁1-56、第四侧梁1-57、顶层隔离板1-72组成，其中，第一立柱1-58、第二立柱1-59、第三立柱1-60、第四立柱1-61与底层机械结构1-46垂直；第三横梁1-50、第四横梁1-51、第三侧梁1-56、第四侧梁1-57、顶层隔离板1-72组成平面矩形框架；第五立柱1-62、第六立柱1-63、第七立柱1-64、第八立柱1-65垂直于平面矩形框架，第五横梁1-52安装于第五立柱1-62、第七立柱1-64之间，第六横梁1-53安装于第六立柱1-63、第八立柱1-65之间。
图像采集系统包括摄像头1-42、第八舵机1-27、支架1-73，其中：支架1-73固定于底层机械结构1-46中第一横梁1-48的中部，第八舵机1-27安装于支架1-73的顶部，摄像头1-42与第八舵机1-27固定；第八舵机1-27通过控制自身在支架1-73中的转动，带动摄像头1-42成角度摆动来采集图像信息。
避障系统包括第一红外传感器1-8、第二红外传感器1-21、第三红外传感器1-22、第四红外传感器1-9、第五红外传感器1-11、第六红外传感器1-18、第七红外传感器1-20、第五舵机1-10、第六舵机1-17、第七舵机1-19，其中：第一红外传感器1-8、第四红外传感器1-9分别与第一横梁1-48成45度角固定于第一横梁1-48的两端，第二红外传感器1-21、第三红外传感器1-22分别与第二横梁1-49成45度角固定于第二横梁1-49的两端；第五舵机1-10控制第五红外传感器1-11且安装于第二侧梁1-55的中部，第六舵机1-17控制第六红外传感器1-18且安装于第一侧梁1-54的中部，第七舵机1-19控制第七红外传感器1-20且安装于第一横梁1-48的中部，此3组能成角度摆动的传感器可检测智能捡球系统的前方、左方和右方的障碍物。
动力系统包括第一舵机1-25、第二舵机1-30、第三舵机1-29、第四舵机1-26、第一全向轮1-15、第二全向轮1-23、第三全向轮1-24、第四全向轮1-16，其中：第一舵机1-25控制第一全向轮1-15、第二舵机1-30控制第二全向轮1-23且第一舵机1-25、第二舵机1-30安装于第一侧梁1-54两端；第三舵机1-29控制第三全向轮1-24、第四舵机1-26控制第四全向轮1-16且第三舵机1-29、第四舵机1-26安装于第二侧梁1-55两端；第一全向轮1-15、第二全向轮1-23、第三全向轮1-24、第四全向轮1-16与智能捡球装置1对称面的夹角均为60度。
捡球计数系统包括第一护球板1-39、第二护球板1-40、捡球叶轮1-13、第九舵机1-28、挡球板1-12、阻球板1-4、红外计数传感器1-5、储球盒1-7，其中：挡球板1-12固定于底层机械结构1-46底部；第九舵机1-28控制捡球叶轮1-13，且第九舵机1-28固定于第一侧梁1-54前部，捡球叶轮1-13安装于第一侧梁1-54与第二侧梁1-55之间；储球盒1-7放于挡球板1-12之上，可在第一侧梁1-54与第二侧梁1-55之间滑动；红外计数传感器1-5固定于底层机械结构1-46的第一侧梁1-54，且在第九舵机1-28与第六舵机1-17之间，便于检测经捡球叶轮1-13卷起的球体1-14；第一护球板1-39与第二护球板1-40保证球体1-14顺利与捡球叶轮1-13接触。
本实用新型的有益之处在于：场地适应能力强、智能化程度高。层次化的结构设计使制造过程清晰、简单，可实施性较强；应用图像处理技术，使捡球效率大幅度提高；多传感器融合技术的应用使避障功能的实现变得更加容易，节省了硬件资源，提高了代码的执行效率。
附图说明
图1为系统的整体透视图，图2为徒1中的俯视剖视图，图3为底层机构图，图4为挡球板安装图，图5为捡球叶轮和挡球板关系图，图6为捡球叶轮安装图，图7为储球盒和装置关系图，图8为部分顶层机构安装图，图9为顶层隔离板安装图，图10为顶层机构安装图，图11为轴侧图，图12为前视图，图13为左视图，图14为右视图，图15为后视图，图中附图标记及对应名称为：1智能捡球机装置，1-1动作控制中心，1-2计数控制中心，1-3摄像头模块，1-4阻球板，1-5红外计数传感器，1-6液晶显示器，1-7储球盒，1-8第一红外传感器，1-9第四红外传感器，1-10第五舵机，1-11第五红外传感器，1-12挡球板，1-13捡球叶轮，1-14球体，1-15第一全向轮，1-16第四全向轮，1-17第六舵机，1-18第六红外传感器，1-19第七舵机，1-20第七红外传感器，1-21第二红外传感器，1-22第三红外传感器，1-23第二全向轮，1-24第三全向轮，1-25第一舵机，1-26第四舵机，1-27第八舵机，1-28第九舵机，1-29第三舵机，1-30第二舵机，1-31第一合叶，1-32第二合叶， 1-33第三合叶，1-34第四合叶，1-35第五合叶，1-36第六合叶，1-37左侧门开关，1-38右侧门开关，1-39第一护球板，1-40第二护球板，1-41后门开关提手，1-42摄像头，1-43左侧门，1-44右侧门，1-45后门，1-46底层机械结构，1-47顶层机械结构，1-48第一横梁，1-49第二横梁，1-50第三横梁，1-51第四横梁，1-52第五横梁，1-53第六横梁，1-54第一侧梁，1-55第二侧梁，1-56第三侧梁，1-57第四侧梁，1-58第一立柱，1-59第二立柱，1-60第三立柱，1-61第四立柱，1-62第五立柱，1-63第六立柱，1-64第七立柱，1-65第八立柱，1-66第一外包板，1-67第二外包板，1-68第三外包板，1-69第四外包板，1-70第五外包板，1-71顶盖，1-72顶层隔离板，1-73支架。
具体实施方式
如图1、图10、图11所示，本实用新型的基于视觉识别和多传感器数据融合的捡球装置由整体机械结构、图像采集系统、避障系统、动力系统、捡球计数系统、控制系统、外包板组成。整体机械结构包括底层机械结构1-46、顶层机械结构1-47。
如图3所示，底层机械结构1-46 由第一横梁1-48、第二横梁1-49、第一侧梁1-54、第二侧梁1-55组成，第一侧梁1-54与第二侧梁1-55平行，第一横梁1-48与第二横梁1-49均垂直于第一侧梁1-54和第二侧梁1-55，且第一横梁1-48位于第一侧梁1-54与第二侧梁1-55所组成平面的上方，第二横梁1-49 位于第一侧梁1-54与第二侧梁1-55所组成平面的下方。
如图9所示，顶层机械机构1-47由第一立柱1-58、第二立柱1-59、第三立柱1-60、第四立柱1-61、第五立柱1-62、第六立柱1-63、第七立柱1-64、第八立柱1-65、第三横梁1-50、第四横梁1-51、第五横梁1-52、第六横梁1-53、第三侧梁1-56、第四侧梁1-57、顶层隔离板1-72组成，其中，第一立柱1-58、第二立柱1-59、第三立柱1-60、第四立柱1-61与底层机械结构1-46垂直；第三横梁1-50、第四横梁1-51、第三侧梁1-56、第四侧梁1-57、顶层隔离板1-72组成平面矩形框架；第五立柱1-62、第六立柱1-63、第七立柱1-64、第八立柱1-65垂直于平面矩形框架，第五横梁1-52安装于第五立柱1-62、第七立柱1-64之间，第六横梁1-53安装于第六立柱1-63、第八立柱1-65之间。
如图3所示，图像采集系统由摄像头1-42、第八舵机1-27、支架1-73组成，其中：支架1-73固定于底层机械结构1-46中第一横梁1-48的中部，第八舵机1-27安装于支架1-73的顶部，摄像头1-42与第八舵机1-27固定；第八舵机1-27通过控制自身在支架1-73中的转动，带动摄像头1-42成角度摆动来采集图像信息。
如图3所示，避障系统由第一红外传感器1-8、第二红外传感器1-21、第三红外传感器1-22、第四红外传感器1-9、第五红外传感器1-11、第六红外传感器1-18、第七红外传感器1-20、第五舵机1-10、第六舵机1-17、第七舵机1-19组成，其中：第一红外传感器1-8、第四红外传感器1-9分别与第一横梁1-48成45度角固定于第一横梁1-48的两端，第二红外传感器1-21、第三红外传感器1-22分别与第二横梁1-49成45度角固定于第二横梁1-49的两端，此4个固定位置的传感器可检测智能捡球装置1顶角的障碍物；第五舵机1-10控制第五红外传感器1-11且安装于第二侧梁1-55的中部，第六舵机1-17控制第六红外传感器1-18且安装于第一侧梁1-54的中部，第七舵机1-19控制第七红外传感器1-20且安装于第一横梁1-48的中部，此3组可成角度摆动的传感器可检测智能捡球装置1前方、左方和右方的障碍物。传感器的检测距离可根据实际需要做相应的调整，且在智能捡球装置1的行径过程中，7个传感器共可扫描周围270度范围内（尾部除外）的障碍物。
如图1、图2、图3所示，动力系统由第一舵机1-25、第二舵机1-30、第三舵机1-29、第四舵机1-26、第一全向轮1-15、第二全向轮1-23、第三全向轮1-24、第四全向轮1-16组成，其中：第一舵机1-25控制第一全向轮1-15、第二舵机1-30控制第二全向轮1-23且第一舵机1-25、第二舵机1-30安装于第一侧梁1-54两端；第三舵机1-29控制第三全向轮1-24、第四舵机1-26控制第四全向轮1-16且第三舵机1-29、第四舵机1-26安装于第二侧梁1-55两端；第一全向轮1-15、第二全向轮1-23、第三全向轮1-24、第四全向轮1-16与智能捡球装置1对称面的夹角均为60度。
如图2、图4、图5、图6、图7所示，捡球计数系统由第一护球板1-39、第二护球板1-40、捡球叶轮1-13、第九舵机1-28、挡球板1-12、阻球板1-4、红外计数传感器1-5、储球盒1-7组成，其中：挡球板1-12固定于底层机械结构1-46底部；第九舵机1-28控制捡球叶轮1-13，且第九舵机1-28固定于第一侧梁1-54前部，捡球叶轮1-13安装于第一侧梁1-54与第二侧梁1-55之间；储球盒1-7放于挡球板1-12之上，可在第一侧梁1-54与第二侧梁1-55之间滑动；红外计数传感器1-5固定于底层机械结构1-46的第一侧梁1-54，且在第九舵机1-28与第六舵机1-17之间，便于检测经捡球叶轮1-13卷起的球体1-14；第一护球板1-39与第二护球板1-40保证球体1-14顺利与捡球叶轮1-13接触，阻球板1-4起到防止因球体1-14的晃动而影响红外计数传感器1-5计数效果的作用。
如图1、图9所示，控制系统由动作控制中心1-1、计数控制中心1-2组成，且动作控制中心1-1与计数控制中心1-2均安装于顶层机械结构1-47中的顶层隔离板1-72。
如图11、图12、图13、图14、图15所示，外包板由第一外包板1-66、第二外包板1-67、第三外包板1-68、第四外包板1-69、第五外包板1-70、顶盖1-71、左侧门1-43、右侧门1-44、后门1-45组成，其中：第二外包板1-67、第三外包板1-68、第四外包板1-69、第五外包板1-70 、顶盖1-71将顶层机械结构1-47的顶部封闭，第一外包板1-66、左侧门1-43、右侧门1-44、后门1-45将顶层机械结构1-47与底层机械结构1-46的连接处封闭，左侧门开关1-37可控制左侧门1-43的关闭，右侧门开关1-38可控制右侧门1-44的关闭，后门开关提手1-41可控制后门1-45的关闭，达到整体美观的效果，且外包板均采用0.3mm光面铝板。
如图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11所示，智能捡球装置1的底层机械结构1-46、顶层机械结构1-47，其中顶层机械结构1-47中的顶层隔离板1-72采用1mm光面铝板，底层机械结构1-46中的第一横梁1-48、第二横梁1-49、第一侧梁1-54、第二侧梁1-55与顶层机械结构1-47中的第一立柱1-58、第二立柱1-59、第三立柱1-60、第四立柱1-61、第五立柱1-62、第六立柱1-63、第七立柱1-64、第八立柱1-65、第三横梁1-50、第四横梁1-51、第五横梁1-52、第六横梁1-53、第三侧梁1-56、第四侧梁1-57均采用常见的结构型铝合金材料。
本实用新型应用图像处理技术，第八舵机1-27通过控制自身在支架1-73中的转动，带动摄像头1-42成角度摆动来采集图像信息；摄像头1-42将采集到的图像信息发送至控制系统处理，之后激活动力系统，依据控制系统发出的捡球信号朝确定目标运动，实现识别球体并捡起球体的功能；该智能捡球装置1采用多传感器数据融合方法，第一红外传感器1-8、第二红外传感器1-21、第三红外传感器1-22、第四红外传感器1-9为4个固定位置的传感器，可检测智能捡球装置1顶角的障碍物，第五舵机1-10控制的第五红外传感器1-11、第六舵机1-17控制的第六红外传感器1-18、第七舵机1-19控制的第七红外传感器1-20组成3组可成角度摆动的传感器，这些传感器将采集到的数据实时传送至控制系统，经控制系统处理后检测前方、左方和右方的障碍物，实现避障功能；红外计数传感器1-5将采集到的球体数量信息发送至控制系统处理，实现计数功能。
Claims (3)
1.基于视觉识别和多传感器数据融合的智能捡球装置，其特征在于：该装置由整体机械结构、图像采集系统、避障系统、动力系统、捡球计数系统、控制系统、外包板组成；整体机械结构包括底层机械结构（1-46）、顶层机械结构（1-47）；底层机械结构（1-46）用于安装图像采集系统、壁障系统、动力系统、捡球计数系统；顶层机械结构（1-47）用于安装控制系统；
底层机械结构（1-46）由第一横梁（1-48）、第二横梁（1-49）、第一侧梁（1-54）、第二侧梁（1-55）组成，第一侧梁（1-54）与第二侧梁（1-55）平行，第一横梁（1-48）与第二横梁（1-49）均垂直于第一侧梁（1-54）和第二侧梁（1-55），且第一横梁（1-48）位于第一侧梁（1-54）与第二侧梁（1-55）所组成平面的上方，第二横梁（1-49） 位于第一侧梁（1-54）与第二侧梁（1-55）所组成平面的下方；顶层机械机构（1-47）由第一立柱（1-58）、第二立柱（1-59）、第三立柱（1-60）、第四立柱（1-61）、第五立柱（1-62）、第六立柱（1-63）、第七立柱（1-64）、第八立柱（1-65）、第三横梁（1-50）、第四横梁（1-51）、第五横梁（1-52）、第六横梁（1-53）、第三侧梁（1-56）、第四侧梁（1-57）、顶层隔离板（1-72）组成，其中，第一立柱（1-58）、第二立柱（1-59）、第三立柱（1-60）、第四立柱（1-61）与底层机械结构（1-46）垂直；第三横梁（1-50）、第四横梁（1-51）、第三侧梁（1-56）、第四侧梁（1-57）、顶层隔离板（1-72）组成平面矩形框架；第五立柱（1-62）、第六立柱（1-63）、第七立柱（1-64）、第八立柱（1-65）垂直于平面矩形框架，第五横梁（1-52）安装于第五立柱（1-62）、第七立柱（1-64）之间，第六横梁（1-53）安装于第六立柱（1-63）、第八立柱（1-65）之间；
图像采集系统包括摄像头（1-42）、第八舵机（1-27）、支架（1-73），其中：支架（1-73）固定于底层机械结构（1-46）中第一横梁（1-48）的中部，第八舵机（1-27）安装于支架（1-73）的顶部，摄像头（1-42）与第八舵机（1-27）固定；第八舵机（1-27）通过控制自身在支架（1-73）中的转动，带动摄像头（1-42）成角度摆动来采集图像信息；
避障系统包括第一红外传感器（1-8）、第二红外传感器（1-21）、第三红外传感器（1-22）、第四红外传感器（1-9）、第五红外传感器（1-11）、第六红外传感器（1-18）、第七红外传感器（1-20）、第五舵机（1-10）、第六舵机（1-17）、第七舵机（1-19），其中：第一红外传感器（1-8）、第四红外传感器（1-9）分别与第一横梁（1-48）成45度角固定于第一横梁（1-48）的两端，第二红外传感器（1-21）、第三红外传感器（1-22）分别与第二横梁（1-49）成45度角固定于第二横梁（1-49）的两端；第五舵机（1-10）控制第五红外传感器（1-11）且安装于第二侧梁（1-55）的中部，第六舵机（1-17）控制第六红外传感器（1-18）且安装于第一侧梁（1-54）的中部，第七舵机（1-19）控制第七红外传感器（1-20）且安装于第一横梁（1-48）的中部，此3组能成角度摆动的传感器可检测智能捡球系统的前方、左方和右方的障碍物；
动力系统包括第一舵机（1-25）、第二舵机（1-30）、第三舵机（1-29）、第四舵机（1-26）、第一全向轮（1-15）、第二全向轮（1-23）、第三全向轮（1-24）、第四全向轮（1-16），其中：第一舵机（1-25）控制第一全向轮（1-15）、第二舵机（1-30）控制第二全向轮（1-23）且第一舵机（1-25）、第二舵机（1-30）安装于第一侧梁（1-54）两端；第三舵机（1-29）控制第三全向轮（1-24）、第四舵机（1-26）控制第四全向轮（1-16）且第三舵机（1-29）、第四舵机（1-26）安装于第二侧梁（1-55）两端；第一全向轮（1-15）、第二全向轮（1-23）、第三全向轮（1-24）、第四全向轮（1-16）与智能捡球装置（1）对称面的夹角均为60度；
捡球计数系统包括第一护球板（1-39）、第二护球板（1-40）、捡球叶轮（1-13）、第九舵机（1-28）、挡球板（1-12）、阻球板（1-4）、红外计数传感器（1-5）、储球盒（1-7），其中：挡球板（1-12）固定于底层机械结构（1-46）底部；第九舵机（1-28）控制捡球叶轮（1-13），且第九舵机（1-28）固定于第一侧梁（1-54）前部，捡球叶轮（1-13）安装于第一侧梁（1-54）与第二侧梁（1-55）之间；储球盒（1-7）放于挡球板（1-12）之上，可在第一侧梁（1-54）与第二侧梁（1-55）之间滑动；红外计数传感器（1-5）固定于底层机械结构（1-46）的第一侧梁（1-54），且在第九舵机（1-28）与第六舵机（1-17）之间，便于检测经捡球叶轮（1-13）卷起的球体（1-14）；第一护球板（1-39）与第二护球板（1-40）保证球体（1-14）顺利与捡球叶轮（1-13）接触。
2.根据权利要求1所述的基于视觉识别和多传感器数据融合的智能捡球装置，其特征在于控制系统由动作控制中心（1-1）、计数控制中心（1-2）组成，且动作控制中心（1-1）与计数控制中心（1-2）均安装于顶层机械结构（1-47）中的顶层隔离板（1-72）之上。
3.根据权利要求1所述的基于视觉识别和多传感器数据融合的智能捡球装置，其特征在于外包板包括第一外包板（1-66）、第二外包板（1-67）、第三外包板（1-68）、第四外包板（1-69）、第五外包板（1-70）、顶盖（1-71）、左侧门（1-43）、右侧门（1-44）、后门（1-45），其中：第二外包板（1-67）、第三外包板（1-68）、第四外包板（1-69）、第五外包板（1-70） ）、顶盖（1-71）将顶层机械结构（1-47）的顶部封闭，第一外包板（1-66）、左侧门（1-43）、右侧门（1-44）、后门（1-45）将顶层机械结构（1-47）与底层机械结构（1-46）的连接处封闭。
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| CN 201320416859 Withdrawn - After Issue CN203355229U (zh) | 2013-07-15 | 2013-07-15 | 基于视觉识别和多传感器数据融合的智能捡球装置 |
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Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103341255A (zh) * | 2013-07-15 | 2013-10-09 | 兰州理工大学 | 基于视觉识别和多传感器数据融合的智能捡球系统 |
| CN107252566A (zh) * | 2017-07-25 | 2017-10-17 | 陕西舜洋电子科技有限公司 | 排球训练机器人 |
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| CN108136595A (zh) * | 2015-09-22 | 2018-06-08 | 富士机械制造株式会社 | 元件供给系统 |
| CN108247676A (zh) * | 2017-10-14 | 2018-07-06 | 刘珍国 | 一种具备避障装置的机器人 |
| CN109782753A (zh) * | 2018-12-18 | 2019-05-21 | 江汉大学 | 一种收拣装置的控制方法 |
| CN112171686A (zh) * | 2020-09-18 | 2021-01-05 | 武汉大学 | 基于自我学习系统的智能实验机器人 |
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-
2013
- 2013-07-15 CN CN 201320416859 patent/CN203355229U/zh not_active Withdrawn - After Issue
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