CN207694194U - 一种基于视觉的智能捡网球机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的一种基于视觉的智能捡网球机器人，包括移动载体、输出端与移动载体中行走结构连接的第一驱动模块、固定于移动载体前端的捡球机构、第二驱动模块、固定于移动载体上的图像采集器、位于移动载体四周的障碍物检测器、固定于移动载体上的方位检测器、固定于移动载体中行走结构上的速度检测器以及控制器，控制器的四个输入端依次与图像采集器的输出端、障碍物检测器的输出端、方位检测器的输出端及速度检测模块的输出端连接，其两个输出端依次与第一驱动模块的控制端、第二驱动模块的控制端连接。本实用新型采用视觉图像处理和高效的机械收集装置以及路径规划算法，实现高速、准确、智能地收集网球，提高网球场的运动体验。

Description

一种基于视觉的智能捡网球机器人

技术领域

本实用新型涉及一种网球训练用设备，更具体地，涉及一种基于视觉的网球捡球机器人。

背景技术

目前，我国网球场捡球机的专利多是通过纯机械机构的人力手收球装置，需工作人员手推捡球机来完成收集工作，效率低下，不能适应正规比赛的需要。

针对上述问题，现有解决办法中如CN201410384895提出了一种网球捡球器，其中通过磁场感应器和动力系统使网球捡球器做直线运动，进行覆盖全场的“地毯式”收集，从而减轻了劳动强度。然而，进一步研究表明：这些现有解决方案中大多没有结合网球具体散落情况进行适应性分析和路径规划，相应造成收集时间长，收集效率低等缺陷。

实用新型内容

本实用新型是针对现有技术的不足而提供的一种基于视觉的网球捡球机器人，可自动识别网球位置并规划最优路径收集网球，误差小，效率高。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种基于视觉的网球捡球机器人，包括：移动载体、第一驱动模块、捡球机构、第二驱动模块、图像采集器、障碍物检测器、方位检测器、速度检测器以及控制器；

其中，第一驱动模块输出端与移动载体中行走结构连接，第二驱动模块输出端与捡球机构的输入端连接，捡球机构固定于移动载体前端，图像采集器固定于移动载体上，障碍物检测器位于移动载体四周，方位检测器固定于移动载体上，速度检测器固定于移动载体中行走结构上，控制器第一输入端与图像采集器的输出端连接，控制器第二输入端与障碍物检测器的输出端连接，控制器第三输入端与方位检测器的输出端连接，控制器第四输入端与速度检测模块的输出端连接，控制器第一输出端与第一驱动模块的控制端连接，控制器第二输出端与第二驱动模块的控制端连接。

优选地，移动载体包括：车体桁架和行走机构，行走机构包括万向轮和主动轮；万向轮和主动轮安装于车体桁架上，支撑车体桁架。

优选地，第一驱动模块为主动轮驱动电机和第一皮带结构，主动轮驱动电机安装于车体桁架上，主动轮驱动电机的输出轴与主动轮通过第一皮带结构连接，主动轮驱动电机的控制端与控制器电连接。

优选地，捡球机构包括：毛刷辊、抬升网球的上升板以及收集网球的网球筐；上升板固定于移动载体上，网球筐位于上升板的顶端，毛刷辊位于上升板的底端，毛刷辊作为所述捡球机构的输入端。

优选地，第二驱动模块包括毛刷辊驱动电机和第二皮带结构，毛刷辊驱动电机的控制端与控制器的输出端电连接，毛刷辊驱动电机的输出轴通过第二皮带结构与捡球机构的输入端连接。

优选地，图像采集器为摄像仪器。

优选地，障碍物检测器为超声波传感器。

优选地，方位检测器为电子罗盘。

优选地，速度检测器为编码器。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

本实用新型提供的智能捡网球机器人，通过图像采集器实时收集球场上的网球信息和方位检测器检测移动载体的方位可自动识别网球位置并规划最优路径收集网球，通过障碍物检测器检测移动载体与障碍物的距离、速度检测器实现实时检测移动载体的运动信息、方位检测器检测移动载体的方位控制移动载体的路径，使移动载体按照规划最优路径移动，并通过捡球机构收集网球，运动误差小，收集效率高。

附图说明

图1是本实用新型的基于视觉的网球捡球机器人的正等轴测图；

图2是本实用新型的基于视觉的网球捡球机器人的侧视图；

图3是本实用新型的基于视觉的网球捡球机器人的后方轴测图；

图中：1为车体桁架，2为前端主动轮，3为后端万向轮，4为毛刷辊，5为上升板，6为同步皮带，7为摄像头，8为网球筐，9为皮带轮电机，10为主动轮电机，11为控制模块集成盒。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本实用新型提供的基于视觉的智能网球捡球机器人结合了视觉和路径规划，极大地提高了收集效率，既能够适应传统网球练习场大量收集的需要，又能在正规的体育赛事中发挥快速捡球的作用，高效实用。

图1是本实用新型的基于视觉的网球捡球机器人的正等轴测图；图2是本实用新型的基于视觉的网球捡球机器人的侧视图；图3是本实用新型的基于视觉的网球捡球机器人的后方轴测图；如图1至3所示，该基于视觉的网球捡球机器人，包括移动载体、捡球机构、信息采集系统以及控制器。

移动载体包括车体桁架1、主动轮2以及万向轮3，其中，万向轮3和主动轮2安装于车体桁架1上，用于支撑车体桁架。第一驱动模块为主动轮驱动电机10和第一皮带结构，主动轮驱动电机10安装于车体桁架1上，主动轮驱动电机10的输出轴与主动轮2通过第一皮带结构连接，主动轮驱动电机10的控制端与控制器电连接，当主动轮驱动电机10接收到控制模块输出的第一运动控制信号后，驱动主动轮1旋转，移动载体用于实现车的水平移动。

捡球机构位于移动载体前端，捡球机构包括毛刷辊4、位于毛刷辊后部固定于车体桁架上的用于抬升网球的上升板5以及位于车后的用于收集网球的网球筐8，捡球机构用于实现自动收集网球。其中，上升板5面呈曲线状，网球框8、上升板5均安装在车体桁架上，上升板5的上端与网球框8的开口连接，上升板5下端位于车体桁架的底部，构成网球收集通道；毛刷辊4安装在车体桁架上且位于上升板5下端的上部，毛刷辊4与上升板5的下端之间有能吸入网球的空隙。

第二驱动模块包括第二皮带机构和毛刷辊驱动电机，第二皮带机构可以为同步皮带机构6，毛刷辊驱动电机与毛刷辊4通过同步皮带机构6连接，毛刷辊驱动电机安装在车厢内前部，同步皮带机构位于箱体外侧，毛刷辊动力结构带动毛刷辊转动。毛刷辊驱动电机的控制端与控制器的输出端连接，当毛刷辊驱动电机接收到控制器的第二运动控制信号后，毛刷辊运动，带动网球沿着上升板的曲面上升。

信息采集系统固定于移动载体上，并于控制系统相连接，将采集的信息输送给控制系统，信息采集系统包括图像采集器、障碍物检测器、方位检测器及速度检测器，其中，图像采集器为摄像头7，障碍物检测器为超声波传感器，方位检测器为电子罗盘，速度检测器为编码器。

摄像头7安装于车体桁架上，电子罗盘水平放置于车上，并安装在车厢中心。摄像头用于采集球场上网球的位置信息，电子罗盘用于提供移动载体所处角度。

超声波传感器安装在移动载体四周，发射和接收超声波，用于判断机器人离障碍物的距离，规避障碍物，与控制器电连接。

编码器用于检测车轮的转速和移动的路程。实现侦测车行走的位移和现在运动状态，减小运动误差提高准确性，与控制器电连接。

控制器包括处理图像的上位机和控制运动的下位机；控制器集成盒安装在车厢内前部，上位机为主控机，用于接收摄像头和电子罗盘获得的图像和角度信息，进行处理，规划出最优路径并将运动指令发送给下位机；下位机用于根据超声波检测器输出信号、电子罗盘发出信号、编码器发出信号输出第一运动控制信号负责控制机器人的运动。根据由摄像头输出的球场上的网球信息和由电子罗盘输出的采集球场上的网球信息时移动载体的方位信息获得最佳捡球路径，并根据捡球路径、由编码器输出的移动载体的运动信息、由电子罗盘输出的移动载体的方位信息以及由超声波传感器的移动载体与障碍物的距离输出移动载体第一运动控制信号。

该智能捡球机器人工作过程包括：

首先，机器人移动到球场中央，原地旋转一圈，期间摄像头7连续拍摄图像，电子罗盘记录每张照片的角度信息，并将图像与角度信息传送给上位机；

接着，上位机处理电子罗盘与摄像头7收集的初始信息，运行图像处理程序，获得每个网球的位置信息，结合角度信息计算出遍历所有网球的，将所有网球的位置坐标记录成一个地图；

然后，上位机运行路径规划程序计算出遍历所有网球位置的最佳路径，并将路径传送给下位机。

最后，下位机通过电子罗盘和编码器反馈控制机器人的运动状态，是否已经过规划路径上的必经点，使机器人经过所有网球的位置；途中毛刷辊驱动电机接收控制器输入的第二运动控制信号，驱动毛刷辊驱动电机运动，通过第二皮带机构驱动毛刷辊4运动，毛刷辊4使网球通过上升板5进入网球筐8，期间超声波传感器发射和接受超声波，检测机器人与周围障碍物的距离，避免撞墙。

综上，按照本实用新型的基于视觉的网球捡球机器人结构简单，操作简单，效率较高，能够充分适应网球训练和网球比赛的需要。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于视觉的智能捡网球机器人，其特征在于，包括：

移动载体、第一驱动模块、捡球机构、第二驱动模块、图像采集器、障碍物检测器、方位检测器、速度检测器以及控制器；

其中，第一驱动模块输出端与移动载体中行走结构连接，第二驱动模块输出端与捡球机构的输入端连接，捡球机构固定于移动载体前端，图像采集器固定于移动载体上，障碍物检测器位于移动载体四周，方位检测器固定于移动载体上，速度检测器固定于移动载体中行走结构上，控制器第一输入端与图像采集器的输出端连接，控制器第二输入端与障碍物检测器的输出端连接，控制器第三输入端与方位检测器的输出端连接，控制器第四输入端与速度检测模块的输出端连接，控制器第一输出端与第一驱动模块的控制端连接，控制器第二输出端与第二驱动模块的控制端连接。

2.如权利要求1所述的智能捡网球机器人，其特征在于，所述移动载体包括：车体桁架和行走机构，行走机构包括万向轮和主动轮；万向轮和主动轮安装于车体桁架上，支撑车体桁架。

3.如权利要求2所述的智能捡网球机器人，其特征在于，所述第一驱动模块包括主动轮驱动电机和第一皮带结构，主动轮驱动电机安装于车体桁架上，主动轮驱动电机的输出轴与主动轮通过第一皮带结构连接，主动轮驱动电机的控制端与控制器电连接。

4.如权利要求1至3任一项所述的智能捡网球机器人，其特征在于，所述捡球机构包括：毛刷辊、抬升网球的上升板以及收集网球的网球筐；上升板固定于移动载体上，网球筐位于上升板的顶端，毛刷辊位于上升板的底端，毛刷辊作为所述捡球机构的输入端。

5.如权利要求4所述的智能捡网球机器人，其特征在于，所述第二驱动模块包括毛刷辊驱动电机和第二皮带结构，毛刷辊驱动电机的控制端与控制器的输出端电连接，毛刷辊驱动电机的输出轴通过第二皮带结构与捡球机构的输入端连接。

6.如权利要求1至3任一项所述的智能捡网球机器人，其特征在于，所述图像采集器为摄像仪器。

7.如权利要求1至3任一项所述的智能捡网球机器人，其特征在于，所述障碍物检测器为超声波传感器。

8.如权利要求1至3任一项所述的智能捡网球机器人，其特征在于，所述方位检测器为电子罗盘。

9.如权利要求1至3任一项所述的智能捡网球机器人，其特征在于，所述速度检测器为编码器。