CN207950512U - 一种基于视觉识别的自动寻球收集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于视觉识别的自动寻球收集装置，包括：机器人小车及设于小车上的摄像头、第一、第二单片机、电机驱动板、直流电机、多个车轮和收集装置，机器人小车上设有用于承载物品的平板，多个车轮设于小车底部，通过传动机构与直流电机电连接；摄像头架设于机器人小车下部前端，电连接至第一单片机输入端；第一单片机为主处理器，第二单片机为次处理器，二者电连接；电机驱动板电连接至第一单片机输出端，直流电机电连接至电机驱动板；收集装置包括：收集箱、风机及吸球管道，收集箱为设有进风口和排风口的封闭箱体，风机设于收集箱排风口处、用于向外排风，吸球管道连接至收集箱进风口，进风口亦为进球口；风机电连接至直流电机。

Description

一种基于视觉识别的自动寻球收集装置

技术领域

本实用新型涉及室内球场清理技术领域，尤其涉及一种基于视觉识别的自动寻球收集装置。

背景技术

目前市场上还没有一款自动化的乒乓球收集装置，针对乒乓球的收集问题，存在捡球器，但价格相对昂贵且需要人工捡拾；还有体育馆采用一张收集网，不过会影响队员的视觉和落球点判断，降低运动员训练的操作度。

实用新型内容

为了克服现有技术的缺陷，本实用新型提供一种基于视觉识别的自动寻球收集装置，针对在大范围内无人工拾捡散落的乒乓球，可自动捡球并收集，能够实现检测乒乓球、收集规定数目乒乓球并进行运输的功能。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于视觉识别的自动寻球收集装置，包括：机器人小车以及设于所述机器人小车上的摄像头、第一单片机、第二单片机、电机驱动板、直流电机、多个车轮以及收集装置，其中，所述机器人小车上设有用于承载物品的平板，所述多个车轮设于小车底部，一个或多个车轮通过传动机构与所述直流电机电连接；所述摄像头架设于所述机器人小车下部前端，电连接至所述第一单片机的输入端；所述第一单片机为主处理器，所述第二单片机为次处理器，所述第一单片机与第二单片机电连接；所述电机驱动板电连接至所述第一单片机的输出端，所述直流电机电连接至所述电机驱动板；所述收集装置包括：收集箱、风机及吸球管道，所述收集箱为设有进风口和排风口的封闭箱体，所述风机设于所述收集箱的排风口处、用于向外排风，所述吸球管道连接至所述收集箱的进风口，进风口亦为进球口；所述风机电连接至所述直流电机。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

优选地，还包括红外线传感器和数码管，所述红外线传感器设于所述收集装置中的吸球管道内，所述红外线传感器电连接至第二单片机的输入端，所述数码管电连接至第二单片机的输出端。

优选地，还包括超声波传感器，所述超声波传感器设于所述机器人小车下部前端，电连接至所述第二单片机的输入端。

优选地，所述多个车轮的数量为四个；两前轮为定向轮，通过联轴器电连接至所述直流电机；两后轮为万向轮，不进行电连接；

优选地，所述摄像头为OpenMV Cam，所述第一单片机为OpenMV2 3Cam。

优选地，所述第二单片机为STC15单片机。

优选地，所述电机驱动板为L298N双H桥电机驱动芯片。

优选地，所述直流电机为12V、5000r/min的2GB37RG直流齿轮减速电机。

优选地，所述数码管为0.56寸共阳数码管。

优选地，所述超声波传感器为HC-SR04超声波模块。

与现有技术相比，本实用新型具有如下技术效果：

1、以高性能单片机作为控制核心，在平地移动过程中通过摄像头识别并检测地面上散落的乒乓球，运动到球附近，将乒乓球吸进收集箱；省时、省力，操作简单；

2、红外传感器检测进入收集装置的乒乓球，当集满额定数目后，停止运作；避免了人力物力的消耗和浪费；

3、超声波传感器检测障碍物，有效躲避，轻便灵活。

附图说明

图1为本实用新型的基于视觉识别的自动寻球收集装置的电气结构图；

图2为本实用新型的基于视觉识别的自动寻球收集装置的外观结构图；

图3为本实用新型的基于视觉识别的自动寻球收集装置的立体结构图；

在附图中，各标号所表示的部件名称列表如下：

1——机器人小车；2——摄像头；31——第一单片机；32——第二单片机；4——电机驱动板；5——直流电机；61——车轮；62——收集装置；7——红外线传感器；8——数码管；9——超声波传感器。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

请参照图1～3所示，其中，图1为本实用新型的基于视觉识别的自动寻球收集装置的结构示意图，图2为本实用新型的基于视觉识别的自动寻球收集装置的外观结构图，图3为本实用新型的基于视觉识别的自动寻球收集装置的立体结构图。所述基于视觉识别的自动寻球收集装置包括：机器人小车1以及设于所述机器人小车1上的摄像头2、第一单片机31、第二单片机32、电机驱动板4、直流电机5、多个车轮61、收集装置62、红外线传感器7、数码管8以及超声波传感器9，其中，

所述机器人小车1上设有用于承载物品的平板，底部设有多个车轮61，通过传动机构(图未示)与所述直流电机5电连接，可直行、可转向；优选为四轮，两前轮为定向轮，通过联轴器电连接至所述直流电机，负责转向、前行；两后轮为万向轮，不进行电连接，只跟随前面两个定向轮完成动作；由此，可实现机器人小车的差速转向功能；

所述摄像头2架设于所述机器人小车1下部前端，电连接至所述第一单片机31的输入端；本实用新型的摄像头优选使用OpenMV Cam；

所述第一单片机31为本实用新型的主处理器，用于实现并控制拍摄、识别、行进以及吸球的功能，例如可使用OpenMV2 3Cam；所述第二单片机32为本实用新型的次处理器，用于实现计数和避障的功能，例如可使用STC15单片机；所述第一单片机31与第二单片机32电连接；

所述电机驱动板4优选使用L298N双H桥电机驱动芯片，电连接至所述第一单片机31的输出端；所述直流电机5优选使用12V、5000r/min的2GB37RG直流齿轮减速电机，电连接至所述电机驱动板4；

所述收集装置62电连接至所述直流电机5，其包括：收集箱、风机以及吸球管道，所述收集箱为设有进风口和排风口的封闭箱体，所述风机设于所述收集箱的排风口处、用于向外排风，所述吸球管道连接至所述收集箱的进风口，进风口亦为进球口；所述风机电连接至所述直流电机5，风机的叶轮在电机的高速驱动下，将收集箱中的空气以极高的速度排出，箱体内形成瞬时真空，在负压差的作用下通过吸球管道乒乓球吸进收集箱；

所述红外线传感器7设于所述收集装置62中的吸球管道内，电连接至第二单片机32的输入端；所述数码管8例如可使用0.56寸共阳数码管，电连接至第二单片机32的输出端；

所述超声波传感器9设于所述机器人小车1下部前端，例如可使用HC-SR04超声波模块，电连接至所述第二单片机32的输入端。

本实用新型的基于视觉识别的自动寻球收集装置的工作步骤如下：

1、拍摄：摄像头拍摄机器人小车前方视频，发送至第一单片机；

本实用新型选用硬件彩色摄像头，用眼睛来打比方以说明成像原理：当光线照射景物，景物上的光线反射通过人的晶状体聚焦，在视网膜上形成图像，之后视网膜的神经将信息传导到大脑，就可以看到图像；

摄像头成像的原理与眼睛非常相似，光线照射乒乓球，乒乓球上的光线反射通过镜头聚焦，CCD图像传感器就会感知到乒乓球的图像。感知图像的具体过程是这样的：摄像头按一定的分辨率，以隔行扫描的方式采集乒乓球图像上的点，当扫描到某点时，就通过图像传感芯片将该点处图像的灰度转换成与之一一对应的电压值，然后将此电压值通过二值化芯片比较器输出；

2、识别：第一单片机根据摄像头传回来的视频信号，识别出乒乓球的位置并进行图像处理；

本实用新型的基于视觉识别的自动寻球收集装置主要针对乒乓球进行识别，识别形状为圆球形状，直径为40毫米，重量约为2.7克，颜色为白色或黄色；采用抗环境光强变化干扰能力强的直接边缘检测算法进行图像处理，即，采用逐行搜索的算法，首先找到乒乓球颜色像素的下降沿到上升沿，然后计算上升沿和下降沿的位置差，如果大于一定的标准值，则认为找到了乒乓球，并可求出平均值算出乒乓球的中心点；至于上升沿、下降沿的检测，可以通过上次采样数与这次采样数的差值的绝对值是否大于一个阈值来判断，如果“是”且差值为负，则为上升沿；如果“是”且差值为正，则为下降沿；

3、行进：识别到乒乓球及其位置后，第一单片机下达指令给电机驱动板，使其发送PWM信号至直流电机，直流电机带动机器人小车的轮子转动，实现前行和转向，驱动机器人小车运行到所识别的乒乓球的位置；

本实用新型还在行进的过程中提供避障的功能，即，超声波传感器发射声波，通过返回声波判断前方是否有非乒乓球的障碍物并进行测距，将信息发送至第二单片机，进而传输至第一单片机，以控制小车车轮转向，避免碰撞；可选地，车身前左右两端还可安装连接至第一单片机的行程开关，当装置故障时，若小车仍继续前行，则自动断电以保护装置；

4、吸球：在电机的高速驱动下，叶轮中的叶片不断对空气做功，使叶轮中的空气得到能量，并以极高的速度排出风机，同时风机前端口的空气不断地补充叶轮中的空气，致使箱体内形成瞬时真空，在负压差的作用下将乒乓球吸进收集箱；

5、计数：吸球管道内设置的红外线传感器感测乒乓球的通过，发送脉冲信号至第二单片机，第二单片机接收脉冲信号并进行累加、计数，然后由数码管输出显示；此外，第二单片机亦将数值发送至第一单片机，待兵乓球收集数量达到设定数值、即收集完毕后，第一单片机发送停止信号至电机驱动板，进而使直流电机停下。

本实用新型以蓄电池供电，以高性能单片机作为控制核心，机器底盘由步进电机带动驱动轮转动，在平地移动过程中通过摄像头识别并检测地面上散落的乒乓球；从而运动到球附近，利用风机叶轮在电动机的高速驱动下，叶轮中的叶片不断对空气做功，使叶轮中的空气得到能量，并以极高的速度排出风机，同时风机前端口的空气不断地补充叶轮中的空气，致使箱体内形成瞬时真空，在负压差的作用下将乒乓球吸进收集箱；收集装置中设有红外传感器以检测进入收集装置的乒乓球，当集满额定数目后，停止运作。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于视觉识别的自动寻球收集装置，其特征在于，包括：机器人小车以及设于所述机器人小车上的摄像头、第一单片机、第二单片机、电机驱动板、直流电机、多个车轮和收集装置，其中，

所述机器人小车上设有用于承载物品的平板，所述多个车轮设于小车底部，一个或多个车轮通过传动机构与所述直流电机电连接；

所述摄像头架设于所述机器人小车下部前端，电连接至所述第一单片机的输入端；

所述第一单片机为主处理器，所述第二单片机为次处理器，所述第一单片机与第二单片机电连接；

所述电机驱动板电连接至所述第一单片机的输出端，所述直流电机电连接至所述电机驱动板；

所述收集装置包括：收集箱、风机及吸球管道，所述收集箱为设有进风口和排风口的封闭箱体，所述风机设于所述收集箱的排风口处、用于向外排风，所述吸球管道连接至所述收集箱的进风口，进风口亦为进球口；所述风机电连接至所述直流电机。

2.根据权利要求1所述的基于视觉识别的自动寻球收集装置，其特征在于，还包括红外线传感器和数码管，所述红外线传感器设于所述收集装置中的吸球管道内，所述红外线传感器电连接至第二单片机的输入端，所述数码管电连接至第二单片机的输出端。

3.根据权利要求1或2所述的基于视觉识别的自动寻球收集装置，其特征在于，还包括超声波传感器，所述超声波传感器设于所述机器人小车下部前端，电连接至所述第二单片机的输入端。

4.根据权利要求1或2所述的基于视觉识别的自动寻球收集装置，其特征在于，所述多个车轮的数量为四个；两前轮为定向轮，通过联轴器电连接至所述直流电机；两后轮为万向轮，不进行电连接。

5.根据权利要求1或2所述的基于视觉识别的自动寻球收集装置，其特征在于，所述摄像头为OpenMV Cam，所述第一单片机为OpenMV2 3Cam。

6.根据权利要求1或2所述的基于视觉识别的自动寻球收集装置，其特征在于，所述第二单片机为STC15单片机。

7.根据权利要求1或2所述的基于视觉识别的自动寻球收集装置，其特征在于，所述电机驱动板为L298N双H桥电机驱动芯片。

8.根据权利要求1或2所述的基于视觉识别的自动寻球收集装置，其特征在于，所述直流电机为12V、5000r/min的2GB37RG直流齿轮减速电机。

9.根据权利要求2所述的基于视觉识别的自动寻球收集装置，其特征在于，所述数码管为0.56寸共阳数码管。

10.根据权利要求3所述的基于视觉识别的自动寻球收集装置，其特征在于，所述超声波传感器为HC-SR04超声波模块。