CN208274957U - 一种捡球机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种捡球机器人，包括从下往上依次水平设置的三角底盘和主板；三角底盘的正中间通过竖直设置的中空管件与主板的正中间活动连接；三角底盘的上表面设置第一电机，第一电机通过齿轮组件带动主板绕中空管件水平旋转；三角底盘的三个角端部分别设置万向轮，并在三角底盘上设置有一个与各万向轮传动连接的第二电机；主板边缘处设置吸球组件，在三角底盘上设置有摄像装置；主板上还设置有电连接的电源和主控制器，主控制器和电源还分别与第一电机、第二电机、摄像装置和吸球组件连接。本实用新型采用全向轮和三角式底盘使机器人拥有较大搜索角度及灵活的行进路线，使机器人可以捡到位于角落和缝隙的乒乓球。

Description

一种捡球机器人

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，特别是涉及一种捡球机器人。

背景技术

随着人们对机器人技术智能化本质认识的加深，机器人技术开始源源不断地向人类活动的各个领域渗透。在这其中，服务机器人作为一个重要分支，在国内外研究领域已经得到普遍重视。服务机器人的应用范围很广，主要从事维护保养、修理、运输、清洗、保安、救援、监护等工作。特别的，在乒乓球室里，由于训练或者比赛的时候，地面上将会有很多出界或者无效的乒乓球。如果由人工来捡球，将会造成效率低、工作量大等弊端。目前，已有的乒乓球捡球机器人种类较少，且捡球动作的实现主要是通过机械手等机械装置来捡球。这些捡球装置多因为机械机构的限制，对于位于墙角处和藏于障碍物之间的乒乓球不能有效捡取，因而只适用于障碍物较少且远离墙壁的乒乓球的捡取。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种捡球机器人。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种捡球机器人，包括从下往上依次水平设置的三角底盘和主板；所述三角底盘的正中间通过竖直设置的中空管件与所述主板的正中间活动连接；

所述三角底盘的上表面设置有第一电机，所述第一电机通过齿轮组件与中空管件传动连接；

所述三角底盘的三个角端部分别设置有万向轮，并在所述三角底盘上每个万向轮的一侧设置有一个与该万向轮传动连接的第二电机；

所述主板的边缘处设置有吸球组件，所述三角底盘的边缘处设置有摄像装置，所述主板可水平旋转至所述吸球组件与摄像装置上下对应；

所述主板上还设置有相互电连接的电源和主控制器，所述主控制器还分别与所述第二电机、所述第一电机、所述摄像装置和所述吸球组件电连接，其中，所述第二电机在所述主控制器的控制下驱动对应的所述万向轮转动，所述第一电机在所述主控制器的控制下驱动所述齿轮组件转动并带动所述主板绕所述中空管件水平旋转，所述摄像装置在所述主控制器的控制下摄像，所述吸球组件在所述主控制器的控制下进行吸球；

所述电源还分别与所述第二电机、所述第一电机、所述摄像装置和所述吸球组件电连接。

本实用新型的有益效果是：全向轮和三角式底盘的结合使机器人拥有更大的搜索角度以及灵活的行进路线；三角形的底盘和可活动式主板为吸球管提供了更大的操作空间，使机器人可以捡到位于角落和缝隙的乒乓球。该捡球机器人应用于乒乓球场馆里，能迅速找到球的位置并能够实现自动捡球的功能，将可以使人们摆脱一些繁琐的工作、大大减轻人们的劳动强度、提高人们的生活质量。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步，所述齿轮组件包括：相互垂直齿合的两个锥角齿轮；

一个所述锥角齿轮固定于所述主板的下表面并套在所述中空管件的外部，另一个所述锥角齿轮与所述第一电机电连接。

本实用新型的进一步有益效果是：主控制器向电机发送驱动指令，电机根据该驱动指令驱动齿轮旋转，进而带动主板左旋转、右旋转以及旋转角度等。提高了主控制器控制主板旋转的精度，便于机器人对处于小角落的乒乓球的捡拾。

进一步，所述吸球组件包括：与所述主控制器通信连接的真空泵，一端与所述真空泵连接的吸球管，以及设置于所述吸球管的另一端下部并与所述真空泵电连接的的触须开关；

所述真空泵还与所述电源电连接。

进一步，所述主控制器和所述电源分别设置于所述主板的上表面。

进一步，所述主控制器分别与所述摄像装置、所述第二电机、所述第一电机通过通信连接线连接，所述通信连接线穿过所述中空管件；

所述电源分别与所述摄像装置、所述第二电机、所述第一电机通过电连接线连接，所述电连接线穿过所述中空管件。

本实用新型的进一步有益效果是：主控制器设置于主板的上表面，有助于连接线穿过中空管件的连接，避免了多线杂乱无章的铺设导致的不美观且影响主板、齿轮、万向轮等的运动的问题，提高了该机器人的工作效率。

进一步，所述电源为蓄电池和/或太阳能电池板。

本实用新型的进一步有益效果是：结合太阳能的运用,一定程度上减少了机器的运营开销，降低了成本。

进一步，所述万向轮为麦克纳姆轮。

本实用新型的进一步有益效果是：麦克纳姆轮的使用使得机器人能灵活自由转动，机器人灵活性较好。

进一步，所述三角底盘由铝合金制成。

本实用新型的进一步有益效果是：铝合金材料使得三角地盘稳固又轻便。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例提供的一种捡球机器人的结构图；

图2为图1对应的从机器人底部向上看的平面图；

图3为图1对应的从机器人上部向下看的俯视图；

图4为本实用新型另一个实施例提供的一一种捡球机器人中吸球组件的结构图。

附图中，各标号所代表的元件列表如下：

1、三角底盘，2、主板，3、中空管件，4、第一电机，5、齿轮组件，6、万向轮，7、第二电机，8、吸球组件，81、真空泵，82、吸球管，83、触须开关，9、摄像装置，10、电源，11、主控制器。

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。

实施例一

一种捡球机器人，如图1～图3所示，包括从下往上依次水平设置的三角底盘1和主板2；三角底盘1的正中间通过竖直设置的中空管件3与主板2的正中间活动连接；三角底盘的上表面设置有第一电机4，第一电机通过齿轮组件5与中空管件3传动连接；三角底盘的三个角端部分别设置有万向轮6，并在三角底盘上每个万向轮的一侧设置有一个与该万向轮传动连接的第二电机7；主板2的边缘处设置有吸球组件8，三角底盘1的边缘处设置有摄像装置9，主板可水平旋转至吸球组件与摄像装置上下对应；主板上还设置有相互电连接的电源10和主控制器11，主控制器还分别与第一电机、第二电机、摄像装置和吸球组件通信连接，其中，第二电机在主控制器的控制下驱动对应的万向轮转动，第一电机在主控制器的控制下驱动齿轮组件转动并带动主板绕中空管件水平旋转，摄像装置在主控制器的控制下摄像，吸球组件在主控制器的控制下进行吸球；电源还分别与第一电机、第二电机、摄像装置和吸球组件电连接。

在机器人启动后，控制器和电源分别运作，将控制指令和能源分别传送至各个电机和摄像装置，各个电机一一对应的驱动主板和万向轮运转(其中主板能在一个较大的角度内来回旋转)，摄像装置对球进行搜索和锁定，吸球管将球吸入并储存。

具体的，例如，在机器人启动后，控制器和电源分别开始运作，摄像装置和各个电机随之开启，摄像装置实时检测是否有乒乓球出现在视野，如有，主控制器控制主板和三向轮的移动，使得吸球组件执行捡球动作，乒乓球数量增加，若无，启动电机使得机器人向左旋转一个预设角度，转动角度累计，判断是否累计转动一周，若是，启动蜂鸣器通知管理员，若否，再一次判断是否有乒乓球出现在视野。

需要说明的是，主控制器分别与第一电机、第二电机、摄像装置和电源等的连接方式可由现有技术实现，主控制器所执行的动作也均可由现有技术实现。

本实施例通过全向轮和三角式底盘的结合使机器人拥有更大的搜索角度以及灵活的行进路线；三角形的底盘和可活动式主板为吸球管提供了更大的操作空间，使机器人可以捡到位于角落和缝隙的乒乓球。该捡球机器人应用于乒乓球场馆里，能迅速找到球的位置并能够实现自动捡球的功能，将可以使人们摆脱一些繁琐的工作、大大减轻人们的劳动强度、提高人们的生活质量。

实施例二

在实施例一的基础上，齿轮组件包括：相互垂直齿合的两个锥角齿轮；一个锥角齿轮固定于主板的下表面并套在中空管件的外部，另一个锥角齿轮与第一电机电连接。

主控制器向电机发送驱动指令，电机根据该驱动指令驱动齿轮旋转，进而带动主板左旋转、右旋转以及旋转角度等。提高了主控制器控制主板旋转的精度，便于机器人对处于小角落的乒乓球的捡拾。

实施例三

在实施例一或实施例二的基础上，吸球组件8包括：与主控制器11通信连接的真空泵81，一端与真空泵81连接的吸球管82，以及设置于吸球管82的另一端下部并与真空泵81电连接的的触须开关83；真空泵还与电源电连接。

机器人受力分析以及构件选取过程如下：

已知乒乓球的直径为40mm，质量为2.7g，具有体积小，质量轻的特点，适合用风力行拾取。为提高效率，将拾取装置设计成吸球管和真空泵，在真空泵的作用下，球体因风力沿管道作纯滚动，根据理论力学平衡方程：

(F-Gsinα)R＝M

式中：F为风力作用，R为乒乓球半径，M为滚动摩阻，则有：

其中：C为风力系数；ρ为空气密度，在地球近地面环境，温度为20℃，标准大气压下，为υ为风数；A为迎风面积，δ为滚动摩擦系数，取δ＝5。

解得要使乒乓球顺利在斜面上向上滚动最小风速为：

设吸球管的关口最大面积为S_max，安全系数为k，则选用真空泵的排量近似为:

吸球管末端装配有一个触须开关，如图4所示所示。当机器人运作时，触须开关触碰到掉落的乒乓球，触须开关传感器即刻将感应传输至真空泵使其工作，便可及时将乒乓球吸入箱体内。

需要说明的是，主板上设置有球储存箱，球被吸入后，乒乓球会顺着管道滑落至球储存箱中。

实施例四

在实施例一至实施例三中任一实施例的基础上，主控制器和电源分别设置于主板的上表面。

优选的，主控制器分别与摄像装置、第二电机、第一电机通过通信连接线连接，通信连接线穿过中空管件；电源分别与摄像装置、第二电机、第一电机通过电连接线连接，电连接线穿过中空管件。

主控制器设置于主板的上表面，有助于连接线穿过中空管件的连接，避免了多线杂乱无章的铺设导致的不美观且影响主板、齿轮、万向轮等的运动的问题，提高了该机器人的工作效率。

实施例五

在实施例一至实施例四中任一实施例的基础上，电源为蓄电池和/或太阳能电池板。

蓄电池和太阳能电池板分别与主控制器、吸球组件、第一电机、第二电机和摄像装置电连接，且蓄电池和太阳能电池板分别与第一电机、第二电机和摄像装置的电连接线穿过中空管件。

结合太阳能的运用,一定程度上减少了机器的运营开销，降低了成本。

实施例六

在实施例一至实施例五中任一实施例的基础上，万向轮为麦克纳姆轮。

机器人采用152毫米双板塑料全向轮W/轴承辊-W083。全向轮是能够在两个方向自由滚动的车轮，让机器人从一个非完整的转换到一个完整的机器人套件。152毫米全向轮提供简单的360°运动，旋转和侧身机动性好，安装三个独立全向轮，使机器人可以向任意方向移动，大大提升了机器人的灵活性，实现捡拾目标的效率高，

麦克纳姆轮的使用使得机器人能灵活自由转动，机器人灵活性较好。

实施例七

在实施例一至实施例六中任一实施例的基础上，三角底盘由铝合金制成。

铝合金材料使得三角地盘稳固又轻便。

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 (8)

1.一种捡球机器人，其特征在于，包括从下往上依次水平设置的三角底盘(1)和主板(2)；所述三角底盘(1)的正中间通过竖直设置的中空管件(3)与所述主板(2)的正中间活动连接；

所述三角底盘(1)的上表面设置有第一电机(4)，所述第一电机(4)通过齿轮组件(5)与中空管件(3)传动连接；

所述三角底盘(1)的三个角端部分别设置有万向轮(6)，并在所述三角底盘(1)上每个万向轮(6)的一侧设置有一个与该万向轮(6)传动连接的第二电机(7)；

所述主板(2)的边缘处设置有吸球组件(8)，所述三角底盘(1)的边缘处设置有摄像装置(9)，所述主板(2)可水平旋转至所述吸球组件(8)与摄像装置(9)上下对应；

所述主板(2)上还设置有相互电连接的电源(10)和主控制器(11)，所述主控制器(11)还分别与所述第二电机(7)、所述第一电机(4)、所述摄像装置(9)和所述吸球组件(8)电连接，其中，所述第二电机(7)在所述主控制器(11)的控制下驱动对应的所述万向轮(6)转动，所述第一电机(4)在所述主控制器(11)的控制下驱动所述齿轮组件(5)转动并带动所述主板(2)绕所述中空管件(3)水平旋转，所述摄像装置(9)在所述主控制器(11)的控制下摄像，所述吸球组件(8)在所述主控制器(11)的控制下进行吸球；

所述电源(10)还分别与所述第二电机(7)、所述第一电机(4)、所述摄像装置(9)和所述吸球组件(8)电连接。

2.根据权利要求1所述的一种捡球机器人，其特征在于，所述齿轮组件(5)包括：相互垂直齿合的两个锥角齿轮；

一个所述锥角齿轮固定于所述主板(2)的下表面并套在所述中空管件(3)的外部，另一个所述锥角齿轮与所述第一电机(4)电连接。

3.根据权利要求1所述的一种捡球机器人，其特征在于，所述吸球组件(8)包括：与所述主控制器(11)通信连接的真空泵(81)，一端与所述真空泵(81)连接的吸球管(82)，以及设置于所述吸球管(82)的另一端下部并与所述真空泵(81)电连接的触须开关(83)；

所述真空泵(81)还与所述电源(10)电连接。

4.根据权利要求1所述的一种捡球机器人，其特征在于，所述主控制器(11)和所述电源(10)分别设置于所述主板(2)的上表面。

5.根据权利要求4所述的一种捡球机器人，其特征在于，所述主控制器(11)分别与所述摄像装置(9)、所述第二电机(7)、所述第一电机(4)通过通信连接线连接，所述通信连接线穿过所述中空管件(3)；

所述电源(10)分别与所述摄像装置(9)、所述第二电机(7)、所述第一电机(4)通过电连接线连接，所述电连接线穿过所述中空管件(3)。

6.根据权利要求1至5任一项所述的一种捡球机器人，其特征在于，所述电源(10)为蓄电池和/或太阳能电池板。

7.根据权利要求1至5任一项所述的一种捡球机器人，其特征在于，所述万向轮(6)为麦克纳姆轮。

8.根据权利要求1至5任一项所述的一种捡球机器人，其特征在于，所述三角底盘由铝合金制成。