CN2810696Y - 一种能够接球和抛球的玩具 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种能够接球和抛球的玩具，利用回波测距原理定位或用连续波双频多普勒频谱分析法定位测速，由DSP芯片和单片机及相关电路构成三个相关的功能单元，完成目标球轨迹、速度的计算、接球机构的数字控制、抛球机构的数字控制。该玩具成本低，能够实时接球与抛球，同时有即时语音计分、提示，数码显示，红外遥控及键盘电路单元。可与操作者形成接球抛球互动，且操作模式能灵活选择。

Description

一种能够接球和抛球的玩具

技术领域

本实用新型涉及一种智能玩具，特别涉及一种完成目标球轨迹、速度的计算、接球机构的数字控制、抛球机构的数字控制的能够接球和抛球的玩具。

背景技术

在现有玩具领域，对运动目标的测量一般是采用图像方法或雷达方法，采用上述方法对实时目标的捕获与跟踪和方位、仰角、速度距离等参数进行精确计算时，运算量大，对设备的精度要求高，因此成本很高。

另外，超声红外测距已有广泛应用，成本较低。但该方法一般应用于对静止目标的测量。同时，对运动物体的实时的机械捕获如采用一般的机械手控制方法十分困难。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种能接球和抛球的玩具，利用回波测距原理定位或用连续波双频多普勒频谱分析法定位测速，由DSP芯片和单片机及相关电路构成三个相关的功能单元，完成目标球轨迹、速度的计算、接球机构的数字控制、抛球机构的数字控制。该玩具成本低，能够实时接球与抛球，同时有即时语音计分、提示，数码显示，红外遥控及键盘电路单元。可与操作者形成接球抛球互动，且操作模式能灵活选择。

本实用新型提供一种能够接球的玩具，包括：

至少一个接球器，用于接球，所述接球器具有接球口；执行机构，与所述接球器连接，带动所述接球器接球；

驱动器，根据控制执行单元的指令，驱动所述执行机构带动所述接球器接球；

传感器，将所述执行机构的位置、角度参数反馈给主控和计算单元；

监测采集和数据预处理单元：用于对来球进行监测和数据采集，对数据进行预处理，获得来球的距离、速度相关的实时参数；

主控和计算单元：用于对所述传感器反馈的所述执行机构的位置、角度参数和所述监测采集和数据预处理单元传入的实时参数进一步计算，求出球的轨迹和速度及坐标参数，产生相应控制指令；

控制执行单元：根据所述主控和计算单元的控制指令驱动所述驱动器，该驱动器驱动所述执行机构，该执行机构带动所述接球器完成接球动作。

本实用新型还提供一种能够接球和抛球的玩具，包括：

至少一个接球器，用于接球和抛球，所述接球器具有接球口；

储球器：位于所述接球器的下方，通过一软管与所述接球器的出口连接；

抛球器：其入口与所述储球器的出口相连；

执行机构，与所述接球器连接，带动所述接球器接球和抛球；

驱动器，根据控制执行单元的指令，驱动所述执行机构带动所述接球器接球和抛球；

传感器，将所述执行机构的位置、角度参数反馈给主控和计算单元；

人机界面设备，与控制执行单元相连接，用于对抛球模式进行设置；

监测采集和数据预处理单元：用于对来球进行监测和数据采集，对数据进行预处理，获得来球的距离、速度相关的实时参数；

主控和计算单元：接球时，用于对所述传感器反馈的所述执行机构的位置、角度参数和所述监测采集和数据预处理单元传入的实时参数进一步计算，求出球的轨迹和速度及坐标参数，产生相应控制指令；抛球时，根据所述人机界面设备抛球模式的设置或程序默认的设置产生的控制指令；

控制执行单元：根据所述主控和计算单元的控制指令驱动所述驱动器，该驱动器驱动所述执行机构，该执行机构带动所述接球器完成接球或抛球动作。

所述监测采集和数据预处理单元包括：

一个超声波发射器、至少三个不在同一条直线上的反射波接收器、一个DSP芯片和外围控制电路，能够用时间渡越法完成被目标反射的回波由所述发射器到接收器的路程测量和计算；其中，

所述发射器的发射脉冲包络在每个测距周期内是一串脉宽度递增非对称矩形波，而所述接收器中DSP的捕捉端口为LF2407的CAP1/2/3，设置一个有效脉宽检测门，有效脉宽的选择由所要测量的距离大小从脉冲序列中选出，通过测量脉宽等于有效脉宽的脉冲的回波时间来测量和计算回波路程，从而减小了等待时间和盲区，能够在设定的距离门中获取运动目标球两点或多点的回波路程参量。

所述监测采集和数据预处理单元包括：

一个双频连续波发射器、至少三个连续波波接收器和接收电路；其中所述接收电路对有效的回波信号，分别经三路接收器接收，再经所述接收电路处理计算出目标球相对于所述接收器的距离和速度参数；

所述接收电路部分有调谐器、正交混频，放大、A/D转换、FIFO电路，DSP最小系统，有门电路和计数器控制电路；

所述接收电路对有效的回波信号，分别经三路接收器接收，再经频率分离，正交混频、放大、A/D转换，直接进入控制执行单元或在计数器的控制下分别由FIFO存储，然后由DSP最小系统读取，该电路对时域离散的信号进行FFT变换，由此计算目标球相对于所述接收器的距离和速度参数，送入所述主控和计算单元计算目标轨迹和速度及所需坐标参量。

还包括行走机构，该行走机构为无轨机构或有轨机构；其中，

所述有轨机构包括：横向轨道和纵向轨道；4个行走轮，两两对称所述在横向轨道上滚动；驱动行走轮横向行走的一电机；驱动行走轮纵向行走的2个电机；用于系统定位的横向、纵向感测元件；其中所述有轨方式的定位装置采用安装于横向、纵向轨道上的感测元件和控制电路定位；

所述无轨机构包括：置于底部并且其上有黑色十字定位线和行走底板；置于所述行走底板之上，并且不在一条直线上排列的三个光电管；用于行走的行走装置，根据所述控制执行单元的控制指令驱动所述行走装置转动的驱动器；其中，所述无轨机构的定位装置采用了底板的白底黑色十字线和三个不在一条直线上排列的反射式光电管配合和控制电路两维定位。

所述接球器形状为空腔椭球形，所述接球口的中心轴位于所述椭球的一个焦点上；

所述执行机构包括：

摇头机构，置于所述接球器的下方，带动所述接球器转动；

摆动和伸缩机构，为一凸轮连杆机构，其中所述连杆在凸轮的作用下上下移动，带动所述接球部上下运动或随机构摆动；

所述驱动器包括：

与所述摇头机构固接，用于驱动所述摇头机构使所述接球器转动的电机；

与所述摆动和伸缩机构固接，用于驱动所述摆动和伸缩机构使所述接球器摆动的电机；

与所述摆动和伸缩机构固接，用于驱动所述凸轮运动的电机；

与所述抛球器固接，用于控制抛出球的速度的电机；

与所述抛球器固接，用于控制抛出球的仰角的电机；

与所述抛球器固接，用于控制抛出球的方位角的电机。

于所述接球器的下方的两侧设置分别设置一手接球器，所述手接球器均有一个接球口，该接球口的中心轴位于该椭球的一个焦点上；在所述两个手接球器腔体内部有一个电磁吸盘或弹性缓冲接球网；所述手接球器通过轴向与切向的腕部驱动机构与一直臂相通，并能在所述腕部驱动机构的作用下轴向和切向转动；所述直臂是一个中空直管，可在相应的直臂驱动器的作用下平移和转动，其中部有一个卸载口，卸载时该口与其外侧的驱动导管的出口相重合，该出口与位于后下方的球存储器通过软导管相连。

通过本实用新型利用回波测距原理定位或采用连续波双频多普勒分析法定位测速，并采用由单片机、DSP芯片和相关电路构成的功能单元，完成目标球轨迹、速度的计算、接球机构的数字控制、抛球机构的数字控制，并且实现该装置成本较低、运算精确度高。

附图说明

图1为本实用新型实施例无轨方案的主视图；

图2为本实用新型实施例无轨方案的右视图；

图3为本实用新型实施例无轨方案的立体示意图；

图4为本实用新型实施例有轨方案的后视图；

图5为本实用新型实施例有轨方案的右视图；

图6为本实用新型实施例有轨方案的立体示意图；

图7和图8为本实用新型实施例的无轨方案的定位原理图；

图9为本实用新型实施例的组成框图；

图10(共2页)，图10A和图10B，为本实用新型实施例的工作流程图；

图11(共2页)，图11A和图11B，为本实用新型实施例中控制与计算单元的工作流程图；

图12为本实用新型实施例的电路图；

图13(共2页)，图13A和图13B，为本实用新型实施例中采用回波测距的方法流程图；

图14为本实用新型实施例中采用多普勒测量定位系统的电路结构框图；

图15为图14中的前端电路的电路组成框图；

图16为图14中DSP数据处理单元部分电路组成框图；

图17为采用多普勒测量定位系统的工作流程图；

图18至23为本实用新型实施例的电路图。

具体实施方式

如图1至图6所示，本实用新型的一种能接球和抛球的智能玩具包括：

接球器8，其为头接球器；两个手接球器15；上述接球器形状均为空腔椭球形，各有一个接球口，所述接球口的中心轴位于所述椭球的一个焦点上；储球器28：位于所述接球器8的下方，通过一软管13与所述接球器8的出口连接；抛球器：其入口与所述储球器28的出口相连，用于抛射球；

执行机构：与所述接球器连接，带动所述接球器接球和抛球；包括：

摇头机构7，置于所述接球器8的下方，带动所述接球器8转动；摆动和伸缩机构9、10，置于所述软管13的后侧，为一凸轮连杆机构，其中所述连杆9在凸轮10的作用下上下移动，带动所述接球部8上下运动或随机构摆动；

驱动器，与所述执行机构固接，根据控制执行单元的控制指令，驱动所述执行机构带动所述接球器8接球；包括：第1电机14，与所述摇头机构固接，用于驱动所述摇头机构7使所述接球器8转动；第2电机12，与所述摆动和伸缩机构9、10固接，用于驱动所述摆动和伸缩机构9、10使所述接球器8摆动；第3电机11，与所述摆动和伸缩机构9、10固接，用于驱动所述凸轮10运动；第4电机29，与所述抛球器固接，用于控制抛出球的速度；第5电机30，与所述抛球器固接，用于控制抛出球的仰角；第6电机31，与所述抛球器固接，用于控制抛出球的方位角；

在本实施例中，所述手接球器15腔体内分别设有电磁吸盘，分别通过第1连接部和第2连接部置于所述中空的动直臂21两端，并且其出口与该动直臂21相通；其中所述第1连接部和第2连接部本实施例中均为腕部16，该腕部与所述手接球器15相接处为一环形轴承，使所述手接球器转动；

腕部16通过软管与所述动直臂21的内管道相通；

轴向执行机构17置于腕部16的外侧，且轴向驱动器，即第15、第16电机18与所述轴向执行机构17固接；所述切向执行机构20固接于所述动直臂21的外侧，切向驱动器，即第17、18电机19固接于该执行机构20上，所述轴向驱动器17和切向驱动器19与控制单元连接，根据控制执行单元的指令驱动轴向执行机构17和切向执行机构20，从而调整接入口的接球角度；

另外，本实施例中动直臂21是一个圆形直管，它的中央斜下侧有一开口，同时在该位置有一隔板分开左右，与动直臂21外径相配合的是一个引导与驱动管内径，即转动驱动臂的内径，其有两个功能，一是引导所述动直臂21平移，所以在它的上方有相关的第13电机和机构(23、24)，本实施例中是齿条机构22，二是身能绕Z向轴转动，它的后侧有相关的转动驱动电机，即第14电机26和机构。该动直臂21中央的斜下侧也有一出口与一软管相连，软管又与它的斜下方的储球器28入口相连，卸载时在相关的驱动电机的驱动下，动直臂21和该驱动臂一起旋转至与水平45度角的卸载位，此时两者的出口相重合，电磁吸盘释放，手部被捕获的球可以在重力的作用下沿上述管道由手、腕、直臂内管过上述两出口，经软管滑入储球器28。本实施例中在储球器28的下部还设有有一个称重器，可以测量储球总重量，它的下部的出口，通过一腔制门与抛球器的球仓相通。

还包括一支架1，所述支架1通过第1轴承与所述第1接球器8相连接，并且所述的控制执行单元于支架内；

监测采集和数据预处理单元：对来球进行监测和数据采集，对数据进行预处理，获得来球的距离、速度相关的实时参数；本实施例中其包括所述：一个超声波发射器、至少三个不在同一条直线上的反射波接收器、一个DSP芯片和外围控制电路，能够用时间渡越法完成被目标反射的回波由所述发射器到接收器的路程测量和计算；其计算流程图如附图13所示，其中所述发射器5设置于所述支架1上；所述接收器中的两个2、3置于所述支架的顶面，第3个接收器6置于所述第1接球器8的接球口一侧的第1接球器的下方。DSP芯片分别控制一个脉冲波发射器和三个接收器。三个接收器发射端中心点位于一个等腰三角形的三个端点，发射器则位于该三角形的重心位置，以该发射器的端面中心为原点，以该三角形底边高(Y轴)和该底边的平行线(X轴)及三角形平面的法线(Z轴)为轴线建立直角坐标系，则上述四点的位置坐标和相对距离为已知定值。当发射器某一时刻发射一脉冲波，当遇到有效来球目标时，将产生反射波，则由渡越时间法，通过测量发射脉冲的前沿到达接收器1所用的时间和当时的波速即可得到回波的行程S1，用同样的方法可求得S2和S3，把记录的波发射或接收的时刻和波速及S1、S2、S3传送到上位机的计算控制单元，则该单元可计算目标球位置一个时刻点的坐标值，如果是两个点或以上，则可计算目标球的三维轨迹方程和速度矢量。以下是计算过程：设目标与波相遇时刻的坐标为X、Y、Z，则可建立分别以发射点和一个接入点为焦点的椭圆方程组，DSP可以以矩阵法解此方程组，可以得到两组解，根据所设条件，舍去一个负解，即得目标球的一个位置坐标，用同样的方法可计算第二个(或更多)该球的坐标，再通过所记录的波发射或接收的时刻和波速，计算出目标在坐标时刻的时刻值，求两点时刻值的差值ΔT，再由上述两点的坐标值，由斜抛物体的运动规律，可求解出该球的以时间T为参数的轨迹的参数方程和速度矢量，然后，得出该球与本系统的接球器运动轨迹所形成的捕获面的交点坐标与相交的时刻并形成控制指令，控制执行单元根据收到的指令和相关坐标与时间参数运用一定的算法计算出合适的PWM激励脉冲输出，驱动相应直流电机和步进电机，使接球器的接入口在规定时间内到达指令所确定的捕获位置。另外，在上述回波参数的计算中，本方案以回波的幅度和脉冲宽度设置距离门；以两点的坐标和上述的两点时差值ΔT判断是否是有效点；以椭圆方程组是否有解的判别式区别多目标。

另外，还可采用连续波双频多普勒频谱分析法定位测速，此时，监测采集和数据预处理单元还可以采用以下方案：

包括：一个双频连续波发射器、至少三个连续波波接收器和接收电路；其中所述接收电路对有效的回波信号，分别经三路接收器接收，再经所述接收电路处理计算出目标球相对于所述接收器8的距离和速度参数，该单元的电路结构图如图14所示。它的波发射器发射连续的频率不同的两个正弦波，由于多谱勒效应，回波信号产生频移，在接收端，有三个接收器，每个接收器有一组相关电路处理接收信息，首先用调谐滤波方法将两个回波信号分开，再通过混频、低通滤波、正交双通道处理、A/D变换，得到时域离散的多谱勒信号，该信号直接或经FIFO电路存储，分别由DSP芯片读取后，对得到的时域离散的两个多谱勒频移信号的取样值分别做FFT处理，搜索出谱峰位置，根据谱峰位可以求得目标的径向速度，求出谱峰的相位，利用两者的相位差可确定对应每个接收器的距离和速度矢量。

人机界面设备，与主控和计算单元相连接，用于对抛球模式进行设置；该人机界面设备可以为键盘(图中未示出)、显示器4、语音装置和红外遥控装置(图中未示出)等，其可用现有技术的任何一种方式实施。

多个传感器：置于所述驱动器上，将所述执行机构的位置角度参数反馈给控制单元；还包括一温度传感器，用于测定环境的温度。

主控和计算单元，由单片机1和DSP系统组成；接球时：对所述传感器反馈的参数和监测采集和数据预处理单元获得的所述实时参数进一步计算，求出球的轨迹及所需坐标参数，产生相应控制指令参数；抛球时，根据所述人机界面设备抛球模式的设置或程序默认的设置产生的控制指令；

控制执行单元：由DSP控制器构成；根据所述主控和计算单元的控制指令驱动所述驱动器，该驱动器驱动所述执行机构，该执行机构带动所述接球器完成接球或抛球动作。

该玩具还可包括底座，置于所述抛球器的下方；

电源39(如图2)，置于所述底座上，给所述驱动器供电。

在底座的下方安装有行走机构，如图4、5、6所示采用有轨机构，该有轨机构包括：横向轨道和纵向轨道；4个行走轮，两两对称能够在横向轨道上滚动；驱动行走轮横向行走的一电机(图中未标出)；驱动行走轮纵向行走的2个电机(图中未标出)；用于系统定位的2个横向(43、44)、2个纵向感测元件(45、46)，该感测元件为霍尔元件，分别安装于所述的横向和纵向轨道上，当系统在基准位时，两对霍尔元件分别靠近，其相关芯片接口可通过分别检测两元件的输出的上升(下降)沿确定系统的基准位。

另外，在有轨机构中的电机分别采用：

所述第1、2、3、4、5、6、15、16、17、18电机为步进电机；

第13、14电机、驱动行走轮横向和纵向行走的3个电机为无刷直流电机；

下面参考附图10说明本实用新型的工作过程。

在本实施例中，投球为铁族合金元素，如果不是该材质的入射球，则电磁吸盘将被蜂窝状的弹性缓冲网和一个电磁门所取代。

首先，系统启动后运行初始化程序，完成各芯片和外设的状态的设置和执行机构的基准位设定，然后，进入自检(见步骤3)，在4、5步骤中，系统可通过人机界面设备对模式进行设定或默认状态选择不同的模式操作；

若设定投球手和该智能玩具的实际距离大于或等于3.5m(见步骤7)，模式选择后，要运行静止测距程序，进行投球；当主控和计算单元在收到采集和数据预处理单元的有效目标数据后，立即进入步骤10对数据进行处理，并产生指令，通知相应外设，相应外设则根据上述指令对信息进行显示或按照步骤15控制电机动作。在步骤12中，所谓捕获平面为两个，一是头接球器捕获平面和手接球器捕获平面，它们分别是一个扇形和一个环形，由于系统可以两维运动，所以整个捕获区域为一个扇形和环形群。所谓相交指目标和这一捕获取区域相交。在步骤15中，如果系统需要移动，相关电机同时被驱动。由于来球在与接球器相交时的入射角为已知，所以在步骤16中，腕部的电机驱动接球口两度调角，使接球平面中心与来球轨迹正交。

在步骤19的中，卸载时，直臂与水平45呈角，被卸载的手接球器于卸载口上方，直臂出口与外部出口相重合。电磁吸盘释放，所吸球由上而下沿手、腕、臂、软管、储球器、发射器的通道移动。由于本系统的模式不同，头部的摆动与否，摆动速率，接球器的椭圆部是否转动，转动速率，及所投球相应参数皆可变化，在步骤21和步骤13、23、24中包括了这种不同。

所以本系统不同的模式，对步骤21来说，都有一个相应的流程，其区别仅仅是机构的系统机构的运动方式初始设定方式的不同和相应计算轨迹的算法略有不同而已，对步骤13、23、24来说当发射球的参数设定后，机构的操作则主要是由相应控制器和电机完成。

如图11所示是控制与计算单元的DSP部分的并行数据接收(非复用方式HPI-16)中断子程序，在从监测和预处理单元收到的来球的数据后，DSP的CPU读入相关数据后计算产生来球的运动方程和与各捕获平面的相交坐标和时刻，从而给出各相应的执行电机的控制器的有关指令参数。如果不能相交，即不可能被系统捕获，则通知上位单片机，由上位机相应处理。

如图12所示为本实施例的电路结构框图。在图12中，由芯片U3(框图编码3)发出的40KHZ的具有周期性脉宽变化的脉冲群经驱动器2放大，由发射器1发射。反射波由接收器4、7、10接收，经放大，检出脉冲包络后送入U3的CAP1/2/3脚。在U3内，目标的位置和速度相关信息经预处理后，写入到23即U1片的RAM单元内，在U1内，CPU根据上述信息和相关传感器的位置和角度信息，计算出有效目标的位置和速度参数，并由此计算出系统对目标的捕获时刻和位置参数，所产生的相应电机位置速度控制参数的经由U1的MCBSP端口BCLKX0、BDX0、BDR0、BFSX0和相关的逻辑控制分别送至电机控制芯片U6---U10(框图编码为24、46、25、26、27)的SPI口，上述控制芯片分别控制15个直流电机和步进电机，U6驱动四台四相步进电机42、43、44、45，U6的两个PWM口分别与每个UCN5804的输入控制端DIR和STEP脚相接，UCN5804输出口OUTA/B/C/D则与各自的电机的相端子相接。每个电机有一个检测基准位的集成霍尔元件55、56、58、59，它们的输出分别接入U6的CAP3/5/6和XINT2。U7分别控制电机48、50、52、54，检测基准位的集成霍尔元件分别是59、60、61、62。U8分别通过隔离电路31、36，反相驱动电路32、37，功率变换管33、38控制直流无刷电机35、30。每一个电机有三个位置检测霍尔件H，它们的输出信号分别接入CAP1/2/3和CAP4/5/6。另外，有一个检则基准位置的霍尔件(开关型、OC门)63、41，它们的输出接入U8的XINT1和XINT2脚。U9所驱动和控制的电机及电路、与上位机的通迅方式完全相同。U10则控制一个无刷直流电机和两个步进电机。U3和U2的通迅通过芯片缓冲器74HC543进行，U2的RD0-RD7(通迅时设置为从动并行口)同U4(74HC543)的A0---A7相接，U4的B0---B7与U3的D0---D7相接，U2和U3通过彼此的应答线和控制线控制数据的传输，U3通过控制线控制U4和读写U2的从动并行口传递信息。U2和U1的通讯是通过U2的RD口和U1的HPI----8端口进行的。RD0---RD7接U1的H00---H07，U2的相应控制口与U1的HPI的控制口相接。U2分别控制由ISD1420组成语音电路，LED显示电路，CX20106组成的红外摇控电接收电路，键盘电路，电磁吸盘电控制电路等。

如图13所示为LF2407A(图12中U3单元)脉冲三点测距的中断服务程序。为了实现实时测距，减少盲区，本方案设计了发射脉冲周期为18MS，每个周期发射10个脉冲(载频40KHZ)，每个脉冲宽度由小到大，依次为100μS、175μS、250μS、325μS、400μS、……775μS，每个脉冲为1.8MS(加上空闲时间)的发射时间，在图中，设W0＝100，ΔW＝75，WM＝775，WE为有效脉冲宽度，WPT为当前发射脉冲宽度，WPR为当前接收脉冲宽度，T1、T2分别为接收脉冲前沿时刻和后沿时刻，WPRS为非第一次非第三次和非大于六次的接收脉宽。在接收端，经过接收换能器，带通放大，比较整形得到反射回波的脉冲包络，该脉冲包络进入LF2407的捕捉端口后，首先进行脉宽测定，这一过程通过捕捉中断发生后程序读捕捉单元的两级FIFO堆栈缓冲器，(时FIFO状态奇存器CAPXFIFO的值为10，表示已有两个输入)，将两个输入存储值相减得到差值决定，即图15的步骤2和步骤4，为了确定有效捕捉的次数和确定是否为有效捕捉本程序在程序存储器空间定义了两个寄存器，即回波捕捉计数寄存器RPCR和有效脉宽寄存器存储WER，RPCR对三个捕捉端口的有效事件统一计数，有效脉宽寄存器存储WER也对三个端口通用。在本程序中有效捕捉如下定义：如果是测量来球的第一点，则认为有效捕捉脉宽为当前发射脉宽，如果是测第二点则有效脉宽为当前发射脉宽超前的一个脉宽，这样就设定了测定来球的位置的两个距离门，一个位于5.96M左右，一个位于2.68M左右(此值由发射器和接收器重合时超声波波速设为331.4M/S得出的测距值实际值小于此值)在步骤18中，VUL为超声波速，VOBMIN为投球的最小可能速度。在第3步中，如果读自定义寄存器RPCR的值是0则证明前面步骤两次捕捉事件是第一点一个回波脉冲的第一次捕捉，如果经步骤4的计算，并在步骤6提取了当前发射脉宽即有效脉宽后，确定如果符合步骤7的前述两脉宽相等的条件，则证明是有效捕捉，在步骤8中，提取当前发射周期的起始时刻T0，计算所发射脉冲的发射时刻TT，和存储有效脉冲宽度WE到自定义寄存器WER，因为以上步骤是测量第一点的第一次捕捉和测量第二点的第一次捕捉(见步骤16此时捕捉计数器RPCR的计数值应为3)所进行的步骤，所以存储的WE有可能是调整后的值(此时同一目标的接收的两个点的回波脉冲处于发射波的相邻的两个周期内)，这是在步骤16的情况，这时WE＝WM。如果接收脉宽与有效脉宽不符合则中断返回。在步骤9中，应用步骤8所得到的数据计算回波时间和路程，波速C的值由初始化程序根据当时温度值所计算的结果给出。对有效的捕捉，自定义回波计数器RPCR都要加一，这是步骤10，当它的值为6时，说明已完成目标球在设定的两个距离门的两点的相关数据的测定，计算完成后该单元DSP芯片与上位机的控制和计算单元DSP芯片通信，输出数据经HPI-18并行口到DMA存储单元。如果不到6，则中断返回，这是步骤11和12。

图14为多谱勒测量定位系统的电路结构框图，图15为图14中的前端电路部分框图，图16为图14中DSP数据处理单元部分框图，图17为多普勒测量定位系统的监测采集单元的工作流程图。

双频发射单元2发射两个频率的连续振荡波，波定向发射器(或天线)1以一定的圆锥角度向前方发射，其回波由接收器3、5、13接收，第一路经调谐电路4分频得到两路单一频率的回波信号，分别经前端电路(前端电路的内部框图见图15)后由DSP数据单元进行FFT处理，处理后的得到目标的有关信息，如果是有效信号则将相关速度和距离信号数据由通信接口送到上位机进一步处理，同时开启门电路控制和计数器。另外两路回波由接收器接收后，先经门电路再行处理，门电路由DSP内部的一个定时器开关控制，由于DSP数据处理单元只能同时处理四路离散信号，其次，在收到有效的目标回波的信号以前，无必要开启三路信号变换，所以在目标搜索状态下门电路关闭，只有第一路通道工作。当第一路发现有效的目标点后，定时器开关开启门电路，同时计数，实时离散信号存入FIFO，FIFO存储电路主要用于存储DSP所需的处理数据，它要受DSP芯片内计数控制器的控制。当计数控制电路达到设定计数值时，FIFO停止写入数据，同时计数器向DSP的CPU发出一个中断请求。测量开始的时候，DSP从上位主控机中机接收一组控制参数，并对计数控制器进行初始化。中断程序中开始从FIFO存储电路读取回波数据，然后进行FFF等一系列的数字信号处理，最后得出目标的速度、相位差等参数并传送至上位机。

本实施例中，行走机构若采用无轨行走机构，如图1至3所示，所述无轨机构包括：

三个光电管47、48、49为反射式光电管，置于所述行走底板38之上，并且不在一条直线上排列，用于对该系统进行定位；

行走底板38，置于底部，其上有黑色十字定位线，能够被卷起或折叠，本实施例中是用种非金属材料制成的有一定刚性的薄板，正面是与行走轮有良好的摩擦系数的白色平面，上有一个黑色直线50、51(如图8所示)构成的十字图案，用以与光电码盘标定系统的位置。其中，50为系统的纵向(Z向)定标线，用以确定系统Z向的绝对位置，51为系统横向(X向)的定标线，以确定系统X向的绝对位置。当系统在基准位置时，反射式光电管47、49重合于直线50的上方，同时，48位于51的上方。三管在基准位的输出均为低电平。

还包括：4个行走轮36，置于所述行走底板38之上，两两对称设置；第7、8、9、10电机37，分别与所述4个行走轮固接，根据所述控制执行单元的控制指令驱动所述行走轮转动；4个方位角执行机构33、34，设置于所述行走轮的上方，用于改变所述行走轮的方位角；

第11、12电机32，与所述方位角执行机构连接，驱动所述方位角执行机构；测角电路，与所述控制部连接，用于确定系统运动的坐标点实时位置。

若采用无轨机构，需电机数量是18个，其与有轨方案的控制方法相同。

下面结合附图说明本实用新型电路部分的一个实施例。

图18所示的电路主要以U3(TMS320LF2407)为中心，构成了超声波的一个发射单元、三个接收单元、一个以三态缓冲器74HC245构成的数据隔离及传输电路、以及U3模拟量输入接口及与上位机的通讯的控制线接口。每一个单元的电路构成和工作过程简述如下：

发射单元主要由反相驱动器7406、变压器T、超声波发射器MA40LIS组成。

由U3的38脚输出的脉宽周期变化的(以1.8M为变化周期，宽度在100μS至775μS范围内递增)载波为40KHZ的方波群信号，经由驱动器7406放大后，由变压器T推挽输出，再由换能器MA40LIS发射出去。

接收单元主要由接收换能器MA40LIR、放大器LM318、LF353、光电耦合器4N25、比较器LM311等元器件组成，本图的接收电路共三路，仅以一路说明。MA40LIR1的一端接地，另一端接放大器LM318的正向输入端3，该放大器的输出端6通过电容C2和电阻R3接至放大器LF353的反向输入端2，该端又接反馈电阻R5到输出端1脚，LF353的正向输入端通过一电阻R4接地，8脚和4脚则分别与正负电源相接，输出脚1接耦合电容C 3和电阻R6，R6的另一端接光电隔离器U21(4N25)的输入脚，光耦的输出与地并接一电容C4和一电阻9构成的并联回路，然后接比较器LM311的正向输入端3，LM311的参考输入端通过两个分压电阻R7和R8的公共端接电源+5V，电阻R10接于7、4端，输出端7接于LF2407的75脚。回波信号在接收换能器MA40LIR中变换成交流脉冲信号，经LM318、FL353放大后输出，通过C3、R118、4N25经C2和R117滤波后，进入比较器LM311的正向输入端，在比较器中整形成一方波信号由7端输出至LF2407的75脚。

LF2407的75、83、79脚分别接上述三路接收单元的输出端，三脚由程序设置为捕捉使能和捕捉中断使能，捕捉选择设定为脉冲的上下沿，当三脚捕捉到输入的方波信号后，程序便进入中断服务，中断程序在规定时段设置了一定的选通脉宽，以设定测量目标的距离门。这个程序对接收的方波首先检查脉宽，对符合所设定的选通脉宽视为有效信号，否则为无效信号，对有效信号，DSP的运算单元根据波速和发射和接收时间参数计算出有效波的渡越时间和行程，计算出回波的遇到目标球的反射时刻，波速的计算则是由实时温度参数在系统的初始化程序中已得出，温度参数由在CADIN00送来的温度传感器电路产生的模拟信号在DSP内部的ADC模块中计算后获得。当对同一目标的同一反射回波完成三个端口的接收后，经运算，产生了三个行程和一个时刻信号(发射波的发射时刻)的四个数据为A组信号，改变距离门后，又产生了同一目标的上述数据的B组信号。AB两组信号共八个数据。LF2407(U3)的下一个程序是完成这同一目标的两组(或多目标的多组)数据的发送任务。即U3和U1的通迅。

LF2407(U3)和C5402(U1)的通讯是以U3的并行数据接口与U1的HPI-16并行接口之间进行的。连接如图13和图15。它们之间的连接线由两部分组成，即地址、数据线和HPI-16口的控制、握手信号线。U3的地址端口A[0-15]与U1的地址端口A[0-15]相接，两芯片的数据线D[0-15]口相接，U3的READY(脚120)、数据选通口DS、IOPF6口分别与U1的HRDY(脚55)、HDS2、HPI16和HAS相连，U3的读写方向控制口R/W(92脚)接U47(74HC08)与门的输入脚1，该与门的输出3脚接U1的读写脚HR/W(脚18)。通讯时，U3通过软件查询HRDY脚的状态，如果为0，则等待，如果为1，则可以通讯，首先，U3的IOPF6输出由低电平置位，使U1由HPI-8变为HPI-16，然后再由DS、R/W口，以DMA的方式，完成数据的读写。如将目标的上述AB两组数据写入U1的DMA数据区特定地址单元，等待U1的处理。

LF2407(U3)和PIC16F877(U2)的通讯是以三态双向缓冲器74HC245(U4)和控制门电路完成的。U3的WE和RD分别与门U30(74HC08)的2脚、4脚、U2(16F877)的RE1口和U30的1脚、U31(74HC04)的1脚、U2的RE0口相连，而U31的输出端2脚与U30的5脚相连，U30的6脚和U4的1脚相连，它的3脚和U4的19脚相连，又和U2的RE2/CS/AN6相接。U3的两个外部中断口XINT1和XINT2分别接U2的RB1和U1的BFSR1，通迅时可作为请求信号。SPICLK/IOPC4(已设置为通用I/O口)接U2的RB6及与门74HC08(U46)的2脚，U46的输出3脚又接U2的RB0(外部中断脚)脚(见图24)，U3的SPISOMI/IOPC3接U1的INT1。U2的R[0---7]在系统初始化时已设置为从动并行口，在需要通迅时，准备好相关命令信息于RD口，它便通过RB1向U3的XINT1发出中断请求(低有效)，U3响应后，将RD口输出为低，这时它的WE口不变为高，从而使或门U30A的输出脚3为低，使能与之相连的U2的片选脚RE2端口为低，同时使U4的使能端19脚E为低。U3的两路读写控制信息又通过非门U31和U30B(脚5、4、6)的逻辑处理后，由输出6脚使与之相接的方向控制口1脚DIR为高，使U4的信号方向由A到B，这时U2的RE0(读使能)口在U3的RD口的读使能信号控制下为低，RD[0---]口的锁存信息读入U3存储。读完成后，U3由IOPC4向U2发出中断。由U3向U2的RD口写信息时过程同上述读过程相似，不同的是写时U4的信号传输方向同读相反，是由B到A，这时U3的RD输出为高，WE为低，DIR为低。同时U2的RE1(写使能)为低。由于U3的D[0---7]数据线为U1和U2通迅的复用线，中间无器件隔离，但是U2的数据口在不发信息时为高阻隔离态，所以一般无干扰，为了万无一失，可在U2和U3通迅时，U3首先对U1通过SCITXD/IOPA0(25脚)对U1的HOLD口请求，在SCIRXD/IOPA1(26脚)接收到U1发出的HOLDA允许信号时，再行同U2的通迅。如果是U3向U2请求中断，可改变与U2的RB6脚相连的SPICLK/IOPC4(35脚)的电平(由平时的高变为低)即可，此时该35脚已设置为通用引脚。

如图19所示：包括了U1(TMS320C5402)与U2、U3以及电机的控制单元DSP的接口电路、扩展的FLASH芯片及相关电路。由于有些内容在前已有所涉及不再赘述。U1的扩展的程序和固定数据的FLASH为28F400B3(U5)，它的片选端CE接U1的DS脚，MSTRB与XF相或(通过U51B)后接至OE，R/W引脚与MSTRB相或(通过U51A)后接至WE。U1和U5的总线数据端与地址端两两相接。DSP上的XF引脚用于启动编程，当XF为低时，FLASH为读状态，为高时，FLASH可擦或编程。

U1和电机的控制执行部分的五个DSP，U7至U10(均为TMS320LF2407)的通迅由U1的MCBSP的多通道缓冲串口、译码/分配器74HC138，或门U51的两个单元U51C、D和U50的三个单元U50A、B、C、以及U7至U10的各自的SPI端口组成。它们为主从机方式通迅，U1为主机，U6至U10为从机。工作时，U1的MCBSP0单元被配置为停止时钟模式，为主设备，U1发信时，MCBSP0的采样率发生器产生位移时钟和帧时钟，由数据发送寄存器DXR准备好所发送的数据，同时BCLKX1、BDX1、BFSX1脚输出选通数据(五选一低有效)，通过74HC138和五个或门选出所要通迅的某个DSP(从U6至U10中择其一)，由SPISET/IOPC5启动使能，发送数据和接收数据。在从端单元，先已将SPI中断设置为优先级，收发信时，SPI中断发生，在中断服务程序中设计了收信和发信子程，分别在位移时钟的激励下由SPISIMO/IOPC2和SPISOMI/IOPC3收发信(可同时进行)。

对U1而言，它在收到由U3发来的目标的回波和时刻信息后，立即跳转至相应的DMA收信中断程序，在收集相关信息后(如来自下位机的系统的转角位置速度数据)对上述信息进行处理，计算出目标的坐标位置、速度矢量和与系统面相交的位置、时刻参数，然后分别变换成相关的执行电机的控制单元U6到U10的运动指令参数(位置和时刻)，由上述的MCBSP口发送。

如图21所示，由一片TMS320LF2407(U6)控制四台步进电机，控制通过驱动芯片UCN5804对四相电机进行单极性驱动，采用八拍方式，接线如图所示。以下仅以U11及所控电机U66为例。U11的输出端口OUTA、OUTB、OUTC、OUTD分别通过一个肖特基二极管D5、D6、D7、D8接所控制的步进电机U66的A、B、C、D相的端子，电机线圈每两相共用一个限流电阻。A、B相为R114，C、D相为R115分别接电源28V。U67为线性霍尔元件SS495A1，它的输出接一分压电阻R122，再与U6的捕捉口81相接。需要指出的是，在本图中，所用的霍尔元件是不同的，电机U66、U68、U70所用的是线性霍尔元件SS495A1，而U72所用的是开关形霍尔元件SS111A，它的输出端可直接到U6的中断口XINT2。因为可用的捕捉口只有三个，所以用一个中断口，而中断口的有效信号是低电平，所以用输出为OC型式的开关型霍尔元件更为合适。由U1发来的通信指令包含有所控电机的相对位置，一般是相对基准位的数据，在本系统由步进电机所控的机构都是做往复运动，所以基准位是在圆周的一个点上，基准位的获得是通过上述的霍尔元件和DSP的捕捉功能完成的。工作时，DSP的CPU根据上位机的相对位置和运动时间的要求，计算出步进电机的转向、步数、加减或恒速的驱动的脉宽和频率，在保证不失步的情况下，能以最快的速度达到要求位置。当电机所驱动的机构运动到基准位，霍尔元件发出脉冲到LF2407(U6)的捕捉口(置为前沿捕捉)或中断口。在中断务服程序中，DSP的PWM输出端口输出转向控制脉冲和驱动脉冲到UCN5804的DIR和STEP口，完成脉冲的分配和放大，从而驱动步进电机的运动。

在本系统中，步进电机共有十台，分别由U6控制四台、U7控制四台、U10控制两部步进电机和一台直流无刷电机。它们的功能分别是：1头摇驱动、2头摆驱动、3头上下直移驱动、手接球器的腕部轴向转动驱动和轴的切向转动驱动(四台4、5、6、7)，8抛球驱动、抛球的仰角及方位角控制(两台9、10)。由于它们的控制过程和上述相同，其余芯片的控制说明从略。

无刷直流电机有五台，分别驱动系统轮(轨)的X向Z向的行走(三台)、上述直臂的平移和转动(二台)，分别由U8、U9、U10控制。

如图20所述，包括了四个单元电路：称重传感器及放大电路、温度传感器及控制电路、两个光电码盘电路信号输出及放大整形电路。

称重前置电路由测量电桥、差动放大器、模拟量的极性转换电路组成，如图所示，测量电桥在不加载时平衡输出为0，加载时的模拟输出量通过差放电路放大为一定幅度的双极性信号，由LF356组成的电路变为单极性信号输出到16F877的RA0口，在该芯片内，经过A/D转换，变成载荷的数字量，计算出容器中的储球量，由显示电路和语音电路提示和显示。

温度测量电路中，R73为AD950集成温度传感器，供波速计算之用。

本图中的测角码盘电路共有两组，分别检测两个码盘的转动方向速度和位置(用于行走机构的X向和Z向)。在码盘上有三种黑白相间的辐向排列的条纹A、B、Z，其中在最外侧的A、和次外侧的B的相位相差90度，最内侧的Z为单纹。U59、U60、U61分别位于同A、B、Z条纹适当的位置。码盘转动时，它们会产生的输出端产生同三种黑白条纹对应的的脉冲信号，黑条纹为低电平，白条纹为高电平，经放大整形后分别送入U6的三个CAP口，每一组ABZ分别为三路原理相同，仅以一路说明，U59为一体化的反射式光电开关，内部集成一个IR LED和光电三极管，在本图中分别以D9和Q9表示，Q9的集电极通过一电阻接电源，该极为信号的输出，又接触发器74C14的输入9脚，而该触发器的输出8脚接一电阻R98，电阻的另一端接U6的CAP1，同样，另外两路分别接U6的CAP2、CAP4。工作时，LED发射红外线，条纹反射后由光电三极管变为脉冲，经74C14的整形后，通过CAP端口，入LF4207中，在芯片内的正交编码脉冲电路中(QEP)，通过A、B两组脉冲的上升沿的先后，判断码盘的转向，通过A、B、Z路的脉冲前沿计数，确定码盘的速度和位置，码盘有两个分别是系统的X位移测距、系统的Z位移测距。

如图22所示，由两部分组成，U8与U1通过SPI方式的通迅口，U8(LF2407)PID方式实现调速和位置控制两台无刷直流电机的电路。

由于两台电机的控制电路相同，仅以一台为例。三个位置间隔为120度分布的霍尔元件U82、U83、U84经分压电阻R141、R142、R143后分别接入U8的CAP3、CAP4、CAP5。电机采用三相星形连接，有一对磁极。电枢的ABC相输入端子分别接由Q9至Q14的六个开关管组成的换相控制电路的输出，六个开关管的基极输入分别接反相驱动器7406的U75A/B/C/D/E/F的输出2、4、6、8、10、12，该驱动器的输入端1/3/5/9/11/13分别串接一电阻R129、R131、R133、R135、R137、R139后分别接光电隔离器U74、U76、U77、U78、U79、U80，该隔离器的输入又分别串接一电阻R130、R132、R134、R136、R138、R140后，分别接入U8的PWM1/2/3/4/5/6。

上述六管全桥开关电路通过一电阻R126到地，电阻R127由R126的上端接出，并接一滤波电容C28、电阻R128后又接到U8的ADCIN00脚。该LF2407芯片通过霍尔元件输入的位置脉冲，经计算获得速度反馈，与由给定的位置和时间产生的给定速度形成偏差，经速度调节后产生电流参考量，与由ADCIN00口输入的计算量的电流反馈量比较后产生的偏差经电流调节后形成PWM占空比的控制量，实现电机的PID速度控制和位置控制。U86、U85为测定电机的基准位的霍尔元件，分别与U8的XINT1/2相接。

在接到由SPI输入的U1的有关电机运行的位置和时刻的参数后，U8在计算出电机的速度后(加速、恒速、减速)，对电机实施PID速度控制，在规定的时间内驱动机构，达到指定位置，实现主机指令意图。

U9的控制电机电路和上述U8的完全相同。

图23为U10控制一台无刷直流电机和两台步进电机的电路，U10与U1的通迅同U6与U1的通迅过程相似。

需要指出的是，上述电机控制的电路为有轨方案，共有十五台电机。如果是无轨方案，电机数应为十八台。电机数虽多，但控制方法相同，在此不再赘述。

以上具体实施例仅用于说明本实用新型，而非用于限定本实用新型。

Claims (10)

1.一种能够接球的玩具，其特征在于包括：

至少一个接球器，用于接球，所述接球器具有接球口；

执行机构，与所述接球器连接，带动所述接球器接球；

驱动器，根据控制执行单元的指令，驱动所述执行机构带动所述接球器接球；

传感器，将所述执行机构的位置、角度参数反馈给主控和计算单元；

监测采集和数据预处理单元：用于对来球进行监测和数据采集，对数据进行预处理，获得来球的距离、速度相关的实时参数；

主控和计算单元：用于对所述传感器反馈的所述执行机构的位置、角度参数和所述监测采集和数据预处理单元传入的实时参数进一步计算，求出球的轨迹和速度及坐标参数，产生相应控制指令；

控制执行单元：根据所述主控和计算单元的控制指令驱动所述驱动器，该驱动器驱动所述执行机构，该执行机构带动所述接球器完成接球动作。

2.根据权利要求1所述的能够接球的玩具，其特征在于：

所述监测采集和数据预处理单元包括：

一个超声波发射器、至少三个不在同一条直线上的反射波接收器、一个DSP芯片和外围控制电路，能够用时间渡越法完成被目标反射的回波由所述发射器到接收器的路程测量和计算；其中，

所述发射器的发射脉冲包络在每个测距周期内是一串脉宽度递增非对称矩形波，而所述接收器中DSP的捕捉端口为LF2407的CAP1/2/3，设置一个有效脉宽检测门，有效脉宽的选择由所要测量的距离大小从脉冲序列中选出，通过测量脉宽等于有效脉宽的脉冲的回波时间来测量和计算回波路程，从而减小了等待时间和盲区，能够在设定的距离门中获取运动目标球两点或多点的回波路程参量。

3.根据权利要求1所述的能够接球的玩具，其特征在于：

所述监测采集和数据预处理单元包括：

一个双频连续波发射器、至少三个连续波波接收器和接收电路；其中所述接收电路对有效的回波信号，分别经三路接收器接收，再经所述接收电路处理计算出目标球相对于所述接收器的距离和速度参数；

所述接收电路部分有调谐器、正交混频，放大、A/D转换、FIFO电路，DSP最小系统，有门电路和计数器控制电路；

所述接收电路对有效的回波信号，分别经三路接收器接收，再经频率分离，正交混频、放大、A/D转换，直接进入控制执行单元或在计数器的控制下分别由FIFO存储，然后由DSP最小系统读取，该电路对时域离散的信号进行FFT变换，由此计算目标球相对于所述接收器的距离和速度参数，送入所述主控和计算单元计算目标轨迹和速度及所需坐标参量。

4.根据权利要求1所述的能够接球的玩具，其特征在于：

还包括行走机构，置于所述底部，该行走机构为无轨机构或有轨机构；其中，

所述有轨机构包括：横向轨道和纵向轨道；4个行走轮，两两对称所述在横向轨道上滚动；驱动行走轮横向行走的一电机；驱动行走轮纵向行走的2个电机；用于系统定位的横向、纵向感测元件；其中所述有轨方式的定位装置采用安装于横向、纵向轨道上的感测元件和控制电路定位；

所述无轨机构包括：置于底部并且其上有黑色十字定位线和行走底板；置于所述行走底板之上，并且不在一条直线上排列的三个光电管；用于行走的行走装置，根据所述控制执行单元的控制指令驱动所述行走装置转动的驱动器；其中，

所述无轨机构的定位装置采用了底板的白底黑色十字线和三个不在一条直线上排列的反射式光电管配合和控制电路两维定位。

5.一种能够接球和抛球的玩具，其特征在于包括：

至少一个接球器，用于接球和抛球，所述接球器具有接球口；

储球器：位于所述接球器的下方，通过一软管与所述接球器的出口连接；

抛球器：其入口与所述储球器的出口相连；

执行机构，与所述接球器连接，带动所述接球器接球和抛球；

驱动器，根据控制执行单元的指令，驱动所述执行机构带动所述接球器接球和抛球；

传感器，将所述执行机构的位置、角度参数反馈给主控和计算单元；

人机界面设备，与控制执行单元相连接，用于对抛球模式进行设置；

监测采集和数据预处理单元：用于对来球进行监测和数据采集，对数据进行预处理，获得来球的距离、速度相关的实时参数；

主控和计算单元：接球时，用于对所述传感器反馈的所述执行机构的位置、角度参数和所述监测采集和数据预处理单元传入的实时参数进一步计算，求出球的轨迹和速度及坐标参数，产生相应控制指令；抛球时，根据所述人机界面设备抛球模式的设置或程序默认的设置产生的控制指令；

控制执行单元：根据所述主控和计算单元的控制指令驱动所述驱动器，该驱动器驱动所述执行机构，该执行机构带动所述接球器完成接球或抛球动作。

6.根据权利要求5所述的能够接球和抛球的玩具，其特征在于：

所述监测采集和数据预处理单元包括：

一个超声波发射器、至少三个不在同一条直线上的反射波接收器、一个DSP芯片和外围控制电路，能够用时间渡越法完成被目标反射的回波由所述发射器到接收器的路程测量和计算；其中，

所述发射器的发射脉冲包络在每个测距周期内是一串脉宽度递增非对称矩形波，而所述接收器中DSP的捕捉端口为LF2407的CAP1/2/3，设置一个有效脉宽检测门，有效脉宽的选择由所要测量的距离大小从脉冲序列中选出，通过测量脉宽等于有效脉宽的脉冲的回波时间来测量和计算回波路程，从而减小了等待时间和盲区，能够在设定的距离门中获取运动目标球两点或多点的回波路程参量。

7.根据权利要求5所述的能够接球和抛球的玩具，其特征在于：

所述监测采集和数据预处理单元包括：

一个双频连续波发射器、至少三个连续波波接收器和接收电路；其中所述接收电路对有效的回波信号，分别经三路接收器接收，再经所述接收电路处理计算出目标球相对于所述接收器的距离和速度参数；

所述接收电路部分有调谐器、正交混频，放大、A/D转换、FIFO电路，DSP最小系统，有门电路和计数器控制电路；

所述接收电路对有效的回波信号，分别经三路接收器接收，再经频率分离，正交混频、放大、A/D转换，直接进入控制执行单元或在计数器的控制下分别由FIFO存储，然后由DSP最小系统读取，该电路对时域离散的信号进行FFT变换，由此计算目标球相对于所述接收器的距离和速度参数，送入所述主控和计算单元计算目标轨迹和速度及所需坐标参量。

8.根据权利要求5所述的能够接球和抛球的玩具，其特征在于：

还包括行走机构，该行走机构为无轨机构或有轨机构；其中，

所述有轨机构包括：横向轨道和纵向轨道；4个行走轮，两两对称所述在横向轨道上滚动；驱动行走轮横向行走的一电机；驱动行走轮纵向行走的2个电机；用于系统定位的横向、纵向感测元件；其中所述有轨方式的定位装置采用安装于横向、纵向轨道上的感测元件和控制电路定位；

所述无轨机构包括：置于底部并且其上有黑色十字定位线和行走底板；置于所述行走底板之上，并且不在一条直线上排列的三个光电管；用于行走的行走装置，根据所述控制执行单元的控制指令驱动所述行走装置转动的驱动器；其中，

所述无轨机构的定位装置采用了底板的白底黑色十字线和三个不在一条直线上排列的反射式光电管配合和控制电路两维定位。

9.根据权利要求5所述的能够接球和抛球的玩具，其特征在于：

所述接球器形状为空腔椭球形，所述接球口的中心轴位于所述椭球的一个焦点上；

所述执行机构包括：

摇头机构，置于所述接球器的下方，带动所述接球器转动；

摆动和伸缩机构，为一凸轮连杆机构，其中所述连杆在凸轮的作用下上下移动，带动所述接球部上下运动或随机构摆动；

所述驱动器包括：

与所述摇头机构固接，用于驱动所述摇头机构使所述接球器转动的电机；

与所述摆动和伸缩机构固接，用于驱动所述摆动和伸缩机构使所述接球器摆动的电机；

与所述摆动和伸缩机构固接，用于驱动所述凸轮运动的电机；

与所述抛球器固接，用于控制抛出球的速度的电机；

与所述抛球器固接，用于控制抛出球的仰角的电机；

与所述抛球器固接，用于控制抛出球的方位角的电机。

10.根据权利要求5所述的能够接球和抛球的玩具，其特征在于：

于所述接球器的下方的两侧设置分别设置一手接球器，所述手接球器均有一个接球口，该接球口的中心轴位于该椭球的一个焦点上；在所述两个手接球器腔体内部有一个电磁吸盘或弹性缓冲接球网；所述手接球器通过轴向与切向的腕部驱动机构与一直臂相通，并能在所述腕部驱动机构的作用下轴向和切向转动；所述直臂是一个中空直管，可在相应的直臂驱动器的作用下平移和转动，其中部有一个卸载口，卸载时该口与其外侧的驱动导管的出口相重合，该出口与位于后下方的球存储器通过软导管相连。

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