CN210057332U - 基于全局定位系统的高尔夫练习场工作机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型具体涉及一种基于全局定位系统的高尔夫练习场工作机器人，属于机器人领域。所述机器人包括：主体结构、底盘、运动机构、收球机构、射球机构、控制机构和上位机。所述控制方法采用全局定位系统，通过控制机构分别连接并控制运动机构、收球机构和射球机构，实现了机器人自主收球和射球功能。

Description

基于全局定位系统的高尔夫练习场工作机器人

技术领域

本实用新型属于机器人领域，具体涉及一种基于全局定位系统的高尔夫练习场工作机器人。

背景技术

打高尔夫球是一种陶冶情操的体育运动，一些上层人士在洽谈商业合作时喜欢相约在高尔夫练习场以球会友，但由于击球数量大，高尔夫球过于分散，在娱乐之后，对于高尔夫球的回收有一定的困难。

在现有的高尔夫练习场，用户站在原地不动的打位上，将高尔夫球往前方击打，在练习场打球，球出去后，会有高尔夫练习场的服务生开捡球车将高尔夫球回收，这样过于浪费人力、物力、精力。于是设计了一款基于全局定位系统的高尔夫练习场工作机器人。

实用新型内容

针对上述存在的技术问题，本实用新型提供一种基于全局定位系统的高尔夫练习场工作机器人，包括：主体结构、底盘、运动机构、收球机构、射球机构、控制机构和上位机；

所述运动机构、收球机构、射球机构和控制机构分别设置在主体结构内；所述底盘与主体结构底部相连，运动机构设置在底盘上；收球机构与射球机构连接；

所述上位机通过控制机构分别连接并控制运动机构、收球机构和射球机构，实现了机器人自主收球和射球功能。

所述上位机内设有蓝牙设备和显示器，并装载有全局定位系统；

所述上位机通过蓝牙设备对控制机构发送控制指令，从而实现对运动机构、收球机构和射球机构的控制；

所述显示器用于显示机器人状态信息及全局地图。

所述运动机构包括驱动电机和驱动轮；

所述驱动轮安装在底盘上，与驱动电机连接；所述驱动电机安装在底盘上。

所述收球机构包括收球铲、收球胶圈轮、收球电机、输球通道、衔接通道、升球通道、升球摩擦轮、升球电机和存球轨道；

所述收球铲与主体结构的前侧下端相连接，收球铲底端与驱动轮底端相平；

所述收球胶圈轮两端与收球电机连接，安装在主体结构上，位于收球铲上方；收球胶圈轮与收球铲的间距与球场上的球的大小相适应；

所述收球电机设置在主体结构两侧；

所述升球通道设置在底盘的对称中心处，其入口与收球铲的后端连接，其出口通过衔接通道与输球通道连接；

所述升球电机有2个，设置在升球通道入口两侧；所述升球摩擦轮有2个，大小相同，分别与2个升球电机连接，对称设置于升球通道的入口处；2个升球摩擦轮的间距与球的大小相适应；

所述存球轨道的入口与输球通道的出口连接。

所述射球机构通过射球机构支架安装在主体结构上，包括射球通道、送球托杆、送球电机、射球摩擦轮、射球电机、发射口、转向齿轮和转向电机；

所述射球通道的入口与存球轨道的出口连接，另一端通过轴承与发射口的入口连接；

所述送球托杆设置在射球通道的入口处，一端与送球电机连接，另一端探入存球轨道；通过送球托杆的旋转，将存球轨道中的球逐个拨入射球通道；

所述射球摩擦轮有2个，在射球通道内对称设置；2个升球摩擦轮的间距与球的大小相适应；

所述发射口的出口从主体结构中探出，为弯管；发射口的入口位置上，沿其外壁设有轮齿，与转向齿轮相啮合；

所述转向电机安装在发射通道的外壁上，与转向齿轮连接；通过转向电机驱动发射口转动，实现对射球方向的控制。

所述控制机构包括控制板、蓝牙模块、编码器、测障碍物传感器、摄像装置、驱动控制单片机、收球控制单片机、升球控制单片机、送球控制单片机、射球控制单片机和转向控制单片机；

所述控制板通过蓝牙模块与上位机建立无线连接；

所述编码器有2个，对称安装于机器人底盘，用于记录机器人的前进方向和行动距离；

所述测障碍物传感器有若干组，分别与控制板连接，每组包括激光测距传感器和超声波测距传感器，安装在主体结构的四周；

所述摄像装置与控制板连接，安装在主体结构的上部，朝向机器人前方；

所述控制板通过驱动控制单片机连接并控制驱动电机，通过收球控制单片机连接并控制收球电机，通过升球控制单片机连接并控制升球电机，通过送球控制单片机连接并控制送球电机，通过射球控制单片机连接并控制射球电机，通过转向控制单片机连接并控制转向电机。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提出一种基于全局定位系统的高尔夫练习场工作机器人，通过全局定位系统，识别练习场内散落的高尔夫球，然后结合收球机构和射球机构，对球进行定向回收并投至指定地点，从而脱离了人工操作，实现了节约成本和提高效率的目的。

本实用新型设计合理，易于实现，具有很好的实用价值。

附图说明

图1为本实用新型具体实施方式中所述基于全局定位系统的高尔夫练习场工作机器人的外观示意图；

图2为本实用新型具体实施方式中所述基于全局定位系统的高尔夫练习场工作机器人的内部结构示意图；

图3为本实用新型具体实施方式中所述基于全局定位系统的高尔夫练习场工作机器人的内部结构的主示图；

图4为本实用新型具体实施方式中所述基于全局定位系统的高尔夫练习场工作机器人的内部结构的左示图；

图5为本实用新型具体实施方式中所述收球结构的结构示意图；

图6为本实用新型具体实施方式中所述射球结构的主视图；

图7为本实用新型具体实施方式中所述射球结构的左视图。

图中：1、主体结构；2、收球电机；3、收球铲；4、收球胶圈轮；5、射球机构支架；6、射球通道；7、射球摩擦轮；8、驱动轮；9、射球电机；10、存球轨道；11、输球通道；12、转向电机；13、衔接通道；14、升球通道；15、转向齿轮；16、框架结构；17、发射口；18、驱动电机；19、送球电机；20、底盘；21、升球摩擦轮；22、球；23、升球电机；24、送球托杆；25、编码器。

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实例，对本实用新型做出进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型提供一种基于全局定位系统的高尔夫练习场工作机器人，将智能控制与机械装置相结合，实现了机器人自主收球和射球。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型的技术方案为：

一种基于全局定位系统的高尔夫练习场工作机器人，如图1-图5所示，包括主体结构1、底盘20、运动机构、收球机构、射球机构、控制机构和上位机；

所述主体结构1为立方体结构，由在框架结构16外包裹一层金属板构成；所述底盘20与主体结构1底部相连；

所述运动机构、收球机构、射球机构和控制机构分别设置在主体结构1内；所述底盘20与主体结构1底部相连，运动机构设置在底盘20上；收球机构与射球机构连接；

所述运动机构用于控制机器人的运动，包括驱动电机18和驱动轮8；

所述驱动轮8有4个，安装在底盘20上，分别与4个驱动电机18连接；

所述驱动电机18安装在底盘20上；

所述收球机构如图5所示，包括收球铲3、收球胶圈轮4、收球电机2、输球通道11、衔接通道13、升球通道14、升球摩擦轮21、升球电机23和存球轨道10；

所述收球铲3与主体结构1的前侧下端相连接，收球铲3底端与驱动轮8底端相平；

所述收球胶圈轮4两端与收球电机2连接，安装在主体结构1上，位于收球铲3上方；收球胶圈轮4与收球铲3的间距与练习场上的球22的大小相适应；收球胶圈轮4用于将场地上的球22收入收球铲3，并将球送至收球铲3的后端；

所述收球电机2有2个，采用无刷电机，设置在主体结构1两侧；

所述升球通道14设置在底盘20的对称中心处，其入口与收球铲3的后端连接，其出口设置在主体结构1内的上部，通过衔接通道13与输球通道11连接；

所述升球摩擦轮21有2个，大小相同，分别与2个升球电机23连接，对称设置于升球通道14的入口处；2个升球摩擦轮21的间距与球22的大小相适应；升球摩擦轮21用于为升球通道14的入口处的球22提供动力，使其通过升球轨道、衔接通道13和输球通道11传送至存球轨道10和射球机构；

所述升球电机23有2个，采用无刷电机，设置在升球通道14入口两侧；

所述存球轨道10的入口与输球通道11的出口连接，用于存储由升球通道14进入的球22；

所述射球机构通过射球机构支架5安装在主体结构1上，如图6和图7所示，包括射球通道6、送球托杆24、送球电机19、射球摩擦轮7、射球电机9、发射口17、转向齿轮15和转向电机12；

所述射球通道6的入口与存球轨道10的出口连接，另一端通过轴承与发射口17的入口连接；

所述送球托杆24设置在射球通道6的入口处，一端与送球电机19连接，另一端探入存球轨道10；通过送球托杆24的旋转，将存球轨道10中的球22逐个拨入射球通道6；

所述射球摩擦轮7有2个，在射球通道6内对称设置；2个升球摩擦轮21的间距与球22的大小相适应；射球摩擦轮7用于为进入射球通道6内的球22提供动力，使其通过射球轨道上升至发射口17；

所述发射口17的出口从主体结构1中探出，为45度弯管，用于将球22射至收球地点；发射口17的入口位置上，沿其外壁设有轮齿，与转向齿轮15相啮合；

所述转向电机12安装在发射通道的外壁上，与转向齿轮15连接；通过转向电机12驱动发射口17转动，实现对射球方向的控制；

所述控制机构包括控制板、蓝牙模块、编码器25、测障碍物传感器和摄像装置、驱动控制单片机、收球控制单片机、升球控制单片机、送球控制单片机、射球控制单片机和转向控制单片机；

所述控制板通过蓝牙模块与上位机建立无线连接；

所述编码器25有2个，对称安装于机器人底盘20，用于记录机器人的前进方向和行动距离；所述编码器25上设有与地面接触的全向轮，取任意时间微元，通过对时间积分的算法得到机器人的时刻位置，以坐标与方向的方式表示；

所述测障碍物传感器有若干组，分别与控制板连接，每组包括激光测距传感器和超声波测距传感器，安装在主体结构1的四周，用于检测机器人周围0.03米到5米内的障碍物；

所述摄像装置与控制板连接，安装在主体结构1的上部，朝向机器人前方，用于采集机器人前方的图像信息；

所述控制板通过驱动控制单片机连接并控制驱动电机18，通过收球控制单片机连接并控制收球电机2，通过升球控制单片机连接并控制升球电机23，通过送球控制单片机连接并控制送球电机19，通过射球控制单片机连接并控制射球电机9，通过转向控制单片机连接并控制转向电机12；

所述上位机内设有蓝牙设备和显示器，并装载有全局定位系统；

所述上位机通过蓝牙设备对控制机构发送控制指令，从而实现对运动机构、收球机构和射球机构的控制；

所述显示器用于显示机器人状态信息及全局地图；

所述基于全局定位系统的高尔夫练习场工作机器人的控制方法，包括以下步骤：

步骤1，生成全局地图并建立连接；

在上位机内装载全局定位系统，并将根据练习场实际数据绘制的练习场俯视图载入全局定位系统；所述全局定位系统包括地图模块、数据接收模块、图像采集模块、高尔夫球识别模块、路径规划模块、定位模块、发射口控制模块和运动控制模块；

所述数据接收模块通过蓝牙设备与放置在练习场内的机器人建立无线连接；

所述地图模块根据练习场俯视图，生成等比缩小的全局地图并在上位机上显示；

步骤2，机器人初始定位、射球位置、射球方向和射球时间的确定；

根据机器人在练习场上的实际位置，在全局地图上标记机器人的初始位置和朝向，作为机器人的当前位置坐标和朝向；在全局地图上标记机器人的射球位置和射球方向；所述射球位置由人工设定，使机器人在射球位置上向收球框方向射出的球22皆以练习场上的收球框为落点；所述射球方向为射球位置朝向收球框的方向；

所述射球时间由人工设定，为射球过程的持续时间，根据存球通道的容量上限和射球速度确定，以保证机器人在射球过程中将存球通道内的球22全部射出；

步骤3，全局定位系统的运动控制模块生成控制机器人原地自转的动作指令并发送至机器人的控制板，进而由驱动控制单片机控制运动机构做出相应动作，使机器人进行原地自转的动作，从而使机器人的朝向方向不断变化；

步骤4，采集机器人前方的场内图像，并生成球22的分布情况；

控制板控制摄像装置采集机器人前方的场内图像，并将其图像数据实时传入上位机；全局定位系统的高尔夫球识别模块根据场内图像，识别得到球22在练习场上的分布情况，得到球22的位置坐标；所述高尔夫球识别模块为基于openCV开源库的python程序；

得到若干个球22的位置坐标后，控制机器人停止自转；如果只识别到1个球22，则将其作为目标球；如果识别到了2个或2个以上球22，则将距离机器人较近的球22作为目标球，进入步骤5；

如果机器人自转一周后，没有识别到任何球22，则说明练习场内已没有需要回收的球22，控制机器人停止自转，进入步骤13；

步骤5，生成对目标球的规划行动路线；

全局定位系统的路径规划模块根据机器人的当前位置坐标和朝向，以及目标球的位置坐标，生成由机器人到目标球的直线路径，作为规划行动路线；

步骤6，机器人向目标球前进，进入收球过程；

运动控制模块根据规划行动路线生成控制机器人沿规划行动路线行动的动作指令并发送至机器人的控制板，进而由驱动控制单片机控制运动机构做出相应动作，即通过控制各个驱动电机18的转速，使机器人沿向规划行动路线向目标球前进；

在机器人前进的过程中，全局定位系统的定位模块根据机器人的初始位置和编码器25记录的数据，实时更新机器人的当前位置坐标和朝向并标记在全局地图上；

上位机发送控制指令至控制板，通过收球控制单片机和升球控制单片机启动收球机构，进入收球过程，具体为：

控制收球电机2和升球电机23启动，由于收球胶圈轮4与收球铲3之间空隙与球22紧密接触，使球22通过收球胶圈轮4的摩擦转动被送入升球通道14的入口处，然后由于2个升球摩擦轮21之间空隙与球22紧密接触，使球22通过升球摩擦轮21的摩擦转动被送入升球通道14，然后进入存球轨道10，达到高效收球，稳定收球的效果；

收球过程中，如果升球通道14中出现未能进入存球轨道10的球22，则由后面进入升球通道14的球22将其顶入存球轨道10，保证升球通道14中不会出现卡球的现象；

步骤7，校验机器人收球结果；

机器人完成沿规划行动路线行动的动作指令后，对比机器人的当前位置坐标和朝向与目标球的位置坐标，如果重合，则说明机器人到达目标球位置，并已收取目标球，然后进入步骤8；如果不重合，则说明机器人没有到达目标球位置，未能收取目标球，返回步骤5；

步骤8，校验机器人的存球情况；

统计机器人到达过的目标球位置的数量，如果达到设定的存球轨道10容量上限，则进入步骤9，否则返回步骤3；

步骤9，生成对射球位置的规划行动路线；

全局定位系统的路径规划模块根据机器人的当前位置坐标和朝向，以及射球位置的位置坐标，生成由机器人到射球位置的直线路径，作为规划行动路线；

步骤10，机器人向射球位置前进；

全局定位系统的运动控制模块根据规划行动路线生成控制机器人沿规划行动路线行动的动作指令并发送至机器人的控制板，进而由驱动控制单片机控制运动机构做出相应动作，即通过控制各个驱动电机18的转速，使机器人沿向规划行动路线向射球为止前进；

在机器人向射球位置前进的过程中，全局定位系统的定位模块根据机器人的初始位置和编码器25记录的数据，实时更新机器人的当前位置坐标并标记在全局地图上；

步骤11，校验机器人是否到达射球位置；

机器人完成沿规划行动路线行动的动作指令后，对比机器人的当前位置坐标与射球位置的位置坐标，如果重合，则说明机器人到达射球位置，然后进入步骤12；如果不重合，则说明机器人没有到达射球位置，返回步骤9；

步骤12，启动射球机构；

全局定位系统的发射口控制模块根据机器人的当前朝向和步骤2中设定的射球方向，生成控制发射口17指向射球方向的控制指令并发送至机器人的控制板，进而由转向控制单片机控制射球机构做出相应动作，即控制转向电机12，经齿轮传动，使发射口17指向射球方向；

然后，上位机发送控制指令至控制板，通过送球控制单片机和射球控制单片机启动射球机构，进入射球过程，具体为：

启动送球电机19并开始计时，通过送球托杆24将存球轨道10中的球22依次送入射球通道6；同时启动射球电机9，通过射球摩擦轮7将射球通道6中的球22射出至收球框；

计时时间达到射球时间后，射球过程停止，返回步骤3；

步骤13，机器人断电，停留在原地；机器人工作任务完成。

所述步骤6和步骤10中，在机器人前进的过程中，由测障碍物传感器监测机器人周围是否存在障碍物；如果不存在障碍物，则按照规划行动路线继续前进；如果存在障碍物，则进行避障，然后按照规划行动路线继续前进。

Claims (6)

1.一种基于全局定位系统的高尔夫练习场工作机器人，其特征在于，包括：主体结构、底盘、运动机构、收球机构、射球机构、控制机构和上位机；

所述运动机构、收球机构、射球机构和控制机构分别设置在主体结构内；所述底盘与主体结构底部相连，运动机构设置在底盘上；收球机构与射球机构连接；

所述上位机装载有全局定位系统，通过控制机构分别连接并控制运动机构、收球机构和射球机构，实现了机器人自主收球和射球功能。

2.根据权利要求1所述的基于全局定位系统的高尔夫练习场工作机器人，其特征在于，所述上位机内设有蓝牙设备和显示器；

所述上位机通过蓝牙设备对控制机构发送控制指令，从而实现对运动机构、收球机构和射球机构的控制；

所述显示器用于显示机器人状态信息及全局地图。

3.根据权利要求2所述的基于全局定位系统的高尔夫练习场工作机器人，其特征在于，所述运动机构包括驱动电机和驱动轮；

所述驱动轮安装在底盘上，与驱动电机连接；所述驱动电机安装在底盘上。

4.根据权利要求3所述的基于全局定位系统的高尔夫练习场工作机器人，其特征在于，所述收球机构包括收球铲、收球胶圈轮、收球电机、输球通道、衔接通道、升球通道、升球摩擦轮、升球电机和存球轨道；

所述收球铲与主体结构的前侧下端相连接，收球铲底端与驱动轮底端相平；

所述收球胶圈轮两端与收球电机连接，安装在主体结构上，位于收球铲上方；收球胶圈轮与收球铲的间距与球场上的球的大小相适应；

所述收球电机设置在主体结构两侧；

所述升球通道设置在底盘的对称中心处，其入口与收球铲的后端连接，其出口通过衔接通道与输球通道连接；

所述升球电机有2个，设置在升球通道入口两侧；所述升球摩擦轮有2个，大小相同，分别与2个升球电机连接，对称设置于升球通道的入口处；2个升球摩擦轮的间距与球的大小相适应；

所述存球轨道的入口与输球通道的出口连接。

5.根据权利要求4所述的基于全局定位系统的高尔夫练习场工作机器人，其特征在于，所述射球机构通过射球机构支架安装在主体结构上，包括射球通道、送球托杆、送球电机、射球摩擦轮、射球电机、发射口、转向齿轮和转向电机；

包括射球通道、送球托杆、送球电机、射球摩擦轮、射球电机、发射口、转向齿轮和转向电机；

所述射球通道的入口与存球轨道的出口连接，另一端通过轴承与发射口的入口连接；

所述送球托杆设置在射球通道的入口处，一端与送球电机连接，另一端探入存球轨道；通过送球托杆的旋转，将存球轨道中的球逐个拨入射球通道；

所述射球摩擦轮有2个，在射球通道内对称设置；2个升球摩擦轮的间距与球的大小相适应；

所述发射口的出口从主体结构中探出，为弯管；发射口的入口位置上，沿其外壁设有轮齿，与转向齿轮相啮合；

所述转向电机安装在发射通道的外壁上，与转向齿轮连接；通过转向电机驱动发射口转动，实现对射球方向的控制。

6.根据权利要求5所述的基于全局定位系统的高尔夫练习场工作机器人，其特征在于，所述控制机构包括控制板、蓝牙模块、编码器、测障碍物传感器、摄像装置、驱动控制单片机、收球控制单片机、升球控制单片机、送球控制单片机、射球控制单片机和转向控制单片机；

所述控制板通过蓝牙模块与上位机建立无线连接；

所述编码器有2个，对称安装于机器人底盘，用于记录机器人的前进方向和行动距离；

所述测障碍物传感器有若干组，分别与控制板连接，每组包括激光测距传感器和超声波测距传感器，安装在主体结构的四周；

所述摄像装置与控制板连接，安装在主体结构的上部，朝向机器人前方；

所述控制板通过驱动控制单片机连接并控制驱动电机，通过收球控制单片机连接并控制收球电机，通过升球控制单片机连接并控制升球电机，通过送球控制单片机连接并控制送球电机，通过射球控制单片机连接并控制射球电机，通过转向控制单片机连接并控制转向电机。

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