CN207838172U - 一种基于机器视觉的羽毛球自动回收装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于机器视觉的羽毛球自动回收装置，属于智能机器人领域。该装置包括框架、一对翅型挡板、毛刷循环模块、半封闭漏斗和收集模块；框架上自带三个车轮，翅型挡板分别位于两个前车轮的前方两侧；毛刷循环模块在框架内部自动循环，翅型挡板搜集到的羽毛球被扫到毛刷循环模块上，经循环到最高处后，利用毛刷弹到半封闭漏斗上；半封闭漏斗位于框架的后侧上部，与毛刷循环模块相连的位置留有开口；半封闭漏斗正下方为收集装置，羽毛球经过半封闭漏斗垂直降落到收集装置中。本实用新型高度智能，操作简单，既提高了捡球效率，又保护羽毛球不会被轮子压到造成损坏，可有效降低人力成本。

Description

一种基于机器视觉的羽毛球自动回收装置

技术领域

本实用新型属于智能机器人领域，具体涉及一种基于机器视觉的羽毛球自动回收装置。

背景技术

近年智能机器人已成为工程技术发展及应用的一大热点领域，其中捡球机器人作为服务机器人的一大种类，具有相当的实用性和广大的发展前景。

针对球类回收机器人的国外研究单位有西班牙University of Minho、美国MIT、英国University of Bradford和荷兰Vrije University等，国内研究单位主要有上海交通大学、东南大学、北京邮电大学、北京理工大学以及深圳市绿瑞高尔夫科技有限公司、深圳市荣耀高尔夫用品有限公司以及广州互发高尔夫用品有限公司等。

然而，目前的球类回收机器人多处于研究开发阶段，投放市场应用的产品甚少。目前研制的机器人多为人为操控或基于路径规划的遍历捡取，较为费时费力，且主要是高尔夫球、网球或乒乓球等规则球形物体的捡拾机器人，而羽毛球由于具有不规则性和易折损性，从而难以规整有序的回收。

羽毛球运动员的训练通常是针对一个发球或击球动作进行重复性单独训练，产生了大量羽毛球急需快速回收，导致迫切需要设计羽毛球的回收智能机器人的研究。

如果拾取方式得当，羽毛球在机器拾取过程中不会损坏，且回收过程中可以自动将羽毛球理顺装入桶中，方便使用和收纳，代替人进行劳动，解放人力。

现有技术中，基于机器视觉通过羽毛球的颜色形状等特征识别出球后，调整机器人方向进行羽毛球捡取整理，通过带传动完成羽毛球的运输，但是，经过调查研究发现现有装置存在捡球效率低，极易卡球或损坏羽毛球，需人工协助机构捡球等弊端。

实用新型内容

针对上述弊端，本实用新型采用了机器视觉识别技术规划路径，利用机械设计上的优势实现羽毛球捡取及自动顺理规整，具体是一种基于机器视觉的羽毛球自动回收装置，实现高效有序的捡取回收羽毛球。

所述的基于机器视觉的羽毛球自动回收装置，包括框架，一对翅型挡板，毛刷循环模块，半封闭漏斗和收集模块；

框架上自带三个车轮，翅型挡板分别位于两个前车轮的前方两侧；毛刷循环模块在框架内部自动循环，翅型挡板搜集到的羽毛球被扫到毛刷循环模块上，经循环到最高处后，利用毛刷弹到半封闭漏斗上；半封闭漏斗位于框架的后侧上部，与毛刷循环模块相连的位置留有开口；半封闭漏斗正下方为收集装置，羽毛球经过半封闭漏斗垂直降落到收集装置中。

所述的毛刷循环模块包括毛刷和同步带；同步带外表面等间隔设置凸台并固定毛刷；同步带上下两端分别用固定在光轴上的同步轮拉紧，同步轮与同步带紧密啮合，下端光轴为主动轴，上端光轴为从动轴；主动轴的一端通过联轴器与毛刷电机相连，毛刷电机通过联轴器带动主动轴和同步轮转动，进而带动同步带及毛刷循环旋转。

在毛刷循环模块的两侧与后侧与框架相连地方分别放置一个挡板，挡板将内部循环的同步带毛刷夹紧，采用循环形式，挡板的高度与半封闭漏斗的开口处相平，后侧的挡板最下边设置为弧形面，弧形面和两侧及后侧的挡板将毛刷循环模块包围起来；

随着车轮的前进，羽毛球顺着弧形面到达循环到底部的毛刷上，到达最底部的毛刷与该毛刷沿循环方向的前一个毛刷，左右后侧的挡板和弧形面形成捡球腔，羽毛球在此空间中被带动上升，循环到达最高处时，毛刷失去了侧板的压力，释放压缩后产生的弹力将羽毛球弹入到半封闭漏斗中。

所述的半封闭漏斗内部设有上下两层各五根尼龙扎带，调整羽毛球旋转，确保头部向下，落入收集装置内。

所述的收集装置位于框架后侧底部，采用舵机带动圆盘转动结构，上边卡有若干羽毛球筒，半封闭漏斗的出口对准其中一个羽毛球筒，通过红外传感器计数收集羽毛球，根据数量控制舵机切换羽毛球筒。

本实用新型的优点在于：

1)、一种基于机器视觉的羽毛球自动回收装置，高度智能，操作简单，可有效降低人力成本。

2)、一种基于机器视觉的羽毛球自动回收装置，采用新型半封闭漏斗作收集羽毛球，与上下开口的普通漏斗相比，通过调整羽毛球的姿势使球头朝下，不易卡球，且不易飞出漏斗。

3)、一种基于机器视觉的羽毛球自动回收装置，增加了辅助捡球机构，对除目标羽毛球之外的羽毛球进行保护，在羽毛球散落较多的实际训练场地，既提高了捡球效率，又保护羽毛球不会被轮子压到造成损坏。

4)、一种基于机器视觉的羽毛球自动回收装置，增加了机器人视觉系统采集羽毛球的位置分布信息，反馈给MCU进行计算分析以控制末端执行系统使机器人完成一系列动作，实现高效捡球的功能。

附图说明

图1为本发明所述的羽毛球自动回收装置总体结构示意图；

图2为本发明所述的羽毛球自动回收装置的爆炸图；

图3为本发明所述的羽毛球自动回收装置中半封闭漏斗的放大图；

图4为本发明所述的羽毛球自动回收装置左视图；

图5为本发明所述的羽毛球自动回收装置正视图的剖面图；

图6为本发明所述的羽毛球自动回收装置的收集装置的示意图。

1-翅型挡板；2-毛刷；3-框架；4-摄像头；5-车轮；6-主动轴；7-羽毛球筒；8-侧挡板；9-尼龙扎带；10-半封闭漏斗；11-从动轴；12-轴承座固定片；13-毛刷电机；14-舵机；15-同步轮；16-联轴器；17-红外传感器；

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

所述的基于机器视觉的羽毛球自动回收装置，包括实现识别定位导航与路径规划的视觉系统和运动模块驱动控制系统；

所述视觉系统基于Raspberry Pi 3Model B开发，USB接口连接180°广角摄像头、触摸显示器、鼠标及键盘，RS232串口接口连接底层下位机。所述运动模块驱动控制系统采用stm32f4系列高性能微控制器，连接有红外线传感器、底盘电机、捡球装置电机、回收装置舵机。

整体分为辅助捡球机构、辊刷式捡球装置、漏斗形收集装置、装配在机器人底盘上的下位机、装配在机器人外壳前端的摄像头和上位机；主机及从机采用RS232串口通信。如图1和图2所示，具体结构有框架3，一对翅型挡板1，毛刷循环模块，半封闭漏斗10和收集模块；

所述的框架3整体采用铝制框架，正前方用摄像头固定架固定安装一个摄像头4通过图像识别场地上的羽毛球；如图5所示，底盘由电机带动两个主动车轮5及一个万向车轮5组成，底盘电机用电机固定片固定在铝制框架3下端；电机带动车轮5进行方向调整，以捡取羽毛球，无需人力推动。

所述的翅型挡板1装在整个装置前端，由翅型挡板前挡板，翅型挡板上挡板和翅型挡板侧挡板组成三角形的辅助捡球机构；一对翅型挡板1分别位于两个主动车轮5的前方两侧；翅形挡板1与羽毛球收集口相连，具有一定的倾斜角，在前进过程中，利用倾斜角与前进动力将两旁的羽毛球顺着翅形挡板1送入辊刷式捡球装置，此处辅助捡球机构无需动力源，提高收集效率，节省能源；将两侧羽毛球收入捡球口(弧形面处)，可以防止羽毛球自动回收装置的两边主动轮5压到羽毛球，起到保护作用。

毛刷循环模块在框架3内部自动循环，翅型挡板1搜集到的羽毛球通过毛刷电机13带动毛刷2循环旋转,被扫到毛刷循环模块的捡球腔内，经循环到最高处后，利用毛刷2的弹力带动羽毛球旋转180度后，弹进半封闭漏斗10内；半封闭漏斗10位于框架3的后侧上部，与毛刷循环模块相连的位置留有开口；半封闭漏斗10正下方为收集装置，羽毛球在弹射到半封闭漏斗10的过程中调整姿态，头部向下，通过圆形半封闭漏斗10的下方开口垂直降落到收集装置中完成回收整理。

如图4所示，所述的毛刷循环模块包括毛刷2和同步带；同步带整体垂直，外表面每隔100毫米有一凸台，每个凸台分别固定一条毛刷2底部。同步带上下两端分别用固定在光轴上的同步轮15拉紧不会打滑，同步轮15与同步带紧密啮合提高精度，易于实现自动精准拣球，下端光轴为主动轴6，上端光轴为从动轴11；主动轴6的一端通过联轴器16与毛刷电机13相连，毛刷电机13用固定片固定，通过联轴器16带动主动轴6及同步轮15转动，同步轮15带动同步带及毛刷2旋转。

同步带左右两边的框架上焊有立柱，上面加有轴承座固定片12用来固定轴承座，上下同步轮15所在光轴两端均装有轴承以保证光轴自身转动。

在毛刷循环模块的两侧与后侧与框架相连地方分别放置一个侧挡板8，侧挡板8将内部循环的同步带毛刷夹紧，采用循环形式，侧挡板8的高度与半封闭漏斗10的开口处相平，后侧挡板8最下边设置为弧形面，弧形面和两侧及后侧的挡板8将毛刷循环模块包围起来构成辅助捡球机构；

在收集及羽毛球上升过程中，随着车轮的前进，羽毛球顺着弧形面到达循环到底部的毛刷2上，到达最底部的毛刷2与该毛刷沿循环方向的前一个毛刷2，左右后侧的挡板8和弧形面形成捡球腔，羽毛球被毛刷扫入捡球腔后，由同步带旋转带动毛刷2上升，毛刷2时刻处于被压缩且密封状态，保证羽毛球不会在上升过程中掉落；毛刷2底部与后侧的挡板8的距离小于毛刷2本身长度时；如本装置毛刷长100mm,实际距离为85mm；毛刷2被后侧的挡板8压缩具有一定弹力，同步带整体垂直带动毛刷2循环旋转，待羽毛球到达后方侧挡板8的最高处时，循环到达最高处，毛刷2失去了侧挡板8的压力，释放为原长度，释放压缩后产生的弹力将羽毛球弹入到半封闭漏斗10中；毛刷2继续顺时针循环旋转完成拾球。

辊刷式捡球装置不同于现有的传送带倾斜放置送料机构或硬质挡板收球机构，利用同步带软质毛刷压缩后的弹力将球扫入辅助捡球腔内，并随着毛刷2上升，利用毛刷2压缩后的弹力将羽毛球弹入半封闭漏斗10中，动力来源于尼龙材质的毛刷被压缩后产生的弹力，毛刷2共10条，长100毫米，宽200毫米；毛刷2底部与后侧挡板8的距离为75-90mm时，羽毛球均可弹入半封闭漏斗10内。

所述的漏斗形收集装置包括半封闭漏斗10和收集装置；

如图3所示，所述的半封闭漏斗10为竖直放置的弧形挡板与漏斗上方的圆形口连接，弧形挡板上方接有水平整圆挡板，弧形挡板上留有开口为羽毛球进口，开口尺寸与框架3的宽度相同；半封闭漏斗10内部中间均匀设有上下两层各五根尼龙扎带9作为干涉机构，两层扎带之间的距离应大于羽毛球的高度，上下方扎带交叉放置。当羽毛球未碰到漏斗壁或无法正确调整姿态时，扎带会进行调整羽毛球姿态，由于扎带自身的特性，不会影响羽毛球的降落趋势，羽毛球在空中进行姿态调整后通过扎带完成进一步的调整旋转，确保羽毛球头部向下，顺畅落入羽毛球筒7内，经实验，本机构不卡球，球不会飞出漏斗，效率大大提高。

如图6所示，所述的收集装置位于框架3后侧底部，采用舵机14带动底座转动，底座由圆盘与四个羽毛球筒7固定座组成，羽毛球筒7共有四个，分别卡在固定座内，与上方半封闭漏斗10下端的出口相接，半封闭漏斗10下方开口略大于羽毛球直径；圆盘通过舵盘与舵机14相连，随着圆盘的旋转进行羽毛球筒7的切换，通过固定在半封闭漏斗10下方的红外传感器17检测计数收集羽毛球，当检测到球数量到达一定值时，舵机14带动羽毛球筒7下面的固定座旋转，将装满羽毛球的羽毛球筒7取出，空羽毛球筒7重新放至漏斗口下，进行切换。获得整理好的整筒羽毛球，供运动员再次使用。

所述的基于机器视觉的羽毛球自动回收装置的具体工作流程为：

羽毛球自动回收装置在接收到执行命令即启动后，通过视觉系统采集羽毛球的位置分布信息，反馈给MCU进行计算分析以控制末端执行系统，驱动底盘电机使羽毛球自动回收装置向着羽毛球位置行进，到达坐标后辅助捡球机构使两旁的羽毛球顺着翅形挡板送入捡球装置，毛刷带动羽毛球抬升到达最高处时释放使羽毛球弹入收集装置，收集装置完成羽毛球的姿势调整使球头朝下归顺入球筒，通过红外线传感器进行计数自动更换球筒。

以上实施例仅为本发明其中的一种实施方式，不应当用于限制本发明的保护范围。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的构思前提下，还可以做出若干变形和改进，均应当包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于机器视觉的羽毛球自动回收装置，其特征在于，包括框架，一对翅型挡板，毛刷循环模块，半封闭漏斗和收集模块；

框架上自带三个车轮，翅型挡板分别位于两个前车轮的前方两侧；毛刷循环模块在框架内部自动循环，翅型挡板搜集到的羽毛球被扫到毛刷循环模块上，经循环到最高处后，利用毛刷弹到半封闭漏斗上；半封闭漏斗位于框架的后侧上部，与毛刷循环模块相连的位置留有开口；半封闭漏斗正下方为收集装置，羽毛球经过半封闭漏斗垂直降落到收集装置中；

所述的毛刷循环模块包括毛刷和同步带；同步带外表面等间隔设置凸台并固定毛刷；同步带上下两端分别用固定在光轴上的同步轮拉紧，同步轮与同步带紧密啮合，下端光轴为主动轴，上端光轴为从动轴；主动轴的一端通过联轴器与毛刷电机相连，毛刷电机通过联轴器带动主动轴和同步轮转动，进而带动同步带及毛刷循环旋转；

在毛刷循环模块的两侧与后侧与框架相连地方分别放置一个挡板，挡板将内部循环的同步带毛刷夹紧，采用循环形式，挡板的高度与半封闭漏斗的开口处相平，后侧的挡板最下边设置为弧形面，弧形面和两侧及后侧的挡板将毛刷循环模块包围起来；

随着车轮的前进，羽毛球顺着弧形面到达循环到底部的毛刷上，到达最底部的毛刷与该毛刷沿循环方向的前一个毛刷，左右后侧的挡板和弧形面形成捡球腔，羽毛球在此空间中被带动上升，循环到达最高处时，毛刷失去了侧板的压力，释放压缩后产生的弹力将羽毛球弹入到半封闭漏斗中；

所述的半封闭漏斗内部设有上下两层各五根尼龙扎带，调整羽毛球旋转，确保头部向下，落入收集装置内；

所述的收集装置位于框架后侧底部，采用舵机带动圆盘转动结构，上边卡有若干羽毛球筒，半封闭漏斗的出口对准其中一个羽毛球筒，通过红外传感器计数收集羽毛球，根据数量控制舵机切换羽毛球筒。

2.如权利要求1所述的一种基于机器视觉的羽毛球自动回收装置，其特征在于，所述的框架整体采用铝制框架，正前方用摄像头固定架固定安装一个摄像头通过图像识别场地上的羽毛球。

3.如权利要求1所述的一种基于机器视觉的羽毛球自动回收装置，其特征在于，所述的框架底端设有底盘，底盘由电机带动两个主动车轮及一个万向车轮组成，底盘电机用电机固定片固定在铝制框架下端；电机带动车轮进行方向调整。

4.如权利要求1所述的一种基于机器视觉的羽毛球自动回收装置，其特征在于，所述的翅型挡板装在整个装置前端，由翅型挡板前挡板，翅型挡板上挡板和翅型挡板侧挡板组成三角形的辅助捡球机构。

5.如权利要求1所述的一种基于机器视觉的羽毛球自动回收装置，其特征在于，所述的同步带整体垂直，外表面每隔100毫米有一凸台。

6.如权利要求1所述的一种基于机器视觉的羽毛球自动回收装置，其特征在于，所述的同步带左右两边的框架上焊有立柱，上面加有轴承座固定片用来固定轴承座，上下同步轮所在光轴两端均装有轴承以保证光轴自身转动。

7.如权利要求1所述的一种基于机器视觉的羽毛球自动回收装置，其特征在于，所述的毛刷为尼龙材质，毛刷共10条，长100毫米，宽200毫米；毛刷底部与后侧挡板的距离为75～90mm时，羽毛球均可弹入半封闭漏斗内。

8.如权利要求1所述的一种基于机器视觉的羽毛球自动回收装置，其特征在于，所述的半封闭漏斗为竖直放置的弧形挡板与漏斗上方的圆形口连接，弧形挡板上方接有水平整圆挡板，弧形挡板上留有开口为羽毛球进口，开口尺寸与框架的宽度相同。

9.如权利要求1所述的一种基于机器视觉的羽毛球自动回收装置，其特征在于，所述的扎带两层之间的距离应大于羽毛球的高度，上下方扎带交叉放置。

10.如权利要求1所述的一种基于机器视觉的羽毛球自动回收装置，其特征在于，所述的半封闭漏斗下方开口略大于羽毛球直径。