TW202142292A - 全自動球拍穿線系統 - Google Patents

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Abstract

一種全自動球拍穿線系統，包含：兩個鏡頭模組，分別由相異的兩個角度拍攝位於一第一預設位置的一球拍上之一球拍線孔，該些鏡頭模組依據該些角度並透過一三角測量法決定該球拍線孔的一第一相對座標；以及一控制單元，控制一機械手臂自一初始位置抓取該球拍，並將該球拍移動並置放於該第一預設位置；該控制單元控制該機械手臂至一第二預設位置夾住一球拍線之一第一端，當該球拍線之該第一端延伸一預設長度後由該機械手臂進行裁剪；其中，該控制單元依據該第一相對座標控制該機械手臂夾取該球拍線之該第一端或一第二端穿越該球拍線孔、或該控制單元依據該第一相對座標控制該機械手臂夾取該球拍線之該第一端或該第二端於該球拍線孔進行打結。

Description

全自動球拍穿線系統
本發明係關於一種球拍穿線系統，尤指一種透過預先定位出球拍線孔座標並利用機械手臂完成穿線與打結操作的全自動球拍穿線系統。
現有各類型球拍穿線皆是人工穿線，市面上球拍穿線機器僅是輔助球拍穿線師傅進行球拍穿線的設備，並無全自動穿線的能力。然而球拍的穩定性取決於球拍穿線師傅的功力，且一個球拍至少需要半小時以上的時間才能完成穿線作業，故在球拍的生產上或者球拍線更換，均無法提高產量與更換速度。
本發明的目的在於提供一種全自動球拍穿線系統，可檢測球拍是否有異狀。
本發明的目的在於提供一種全自動球拍穿線系統，可偵測球拍線孔與機械手臂的相對座標。
本發明的目的在於提供一種全自動球拍穿線系統，可由機械手臂裁剪球拍線。
本發明的目的在於提供一種全自動球拍穿線系統，可由機械手臂拉伸球拍線達到所需的張力。
本發明的目的在於提供一種全自動球拍穿線系統，可由機械手臂進行球拍線纏繞或打結。
本發明的提供一種全自動球拍穿線系統，包含：兩個鏡頭模組分別由相異的兩個角度拍攝位於一第一預設位置的一球拍上之一球拍線孔，該些鏡頭模組依據該些角度並透過一三角測量法決定該球拍線孔的一第一相對座標；以及一控制單元，控制一機械手臂自一初始位置抓取該球拍，並將該球拍移動並置放於該第一預設位置；該控制單元控制該機械手臂至一第二預設位置夾住一球拍線之一第一端，當該球拍線之該第一端延伸一預設長度後由該機械手臂進行裁剪；其中，該控制單元依據該第一相對座標控制該機械手臂夾取該球拍線之該第一端或一第二端穿越該球拍線孔、或該控制單元依據該第一相對座標控制該機械手臂夾取該球拍線之該第一端或該第二端於該球拍線孔進行打結。
在本發明一實施例中，控制單元控制該機械手臂抓取該球拍後，該機械手臂移動該球拍至該些鏡頭模組之前方，藉由該些鏡頭模組擷取該球拍之影像並與預先儲存在該控制單元內的一異常球拍資料庫進行比對，該控制單元判斷異常則該機械手臂退回該球拍至該初始位置或移動該球拍至一第二預設位置。
在本發明一實施例中，全自動球拍穿線系統包含：一球拍線供應單元，球拍線纏繞於該球拍線供應單元，使該球拍線之該第一端於該第二預設位置；以及一球拍線固定單元，用以固定裁剪後的該球拍線之一第二端於一第三預設位置。
在本發明一實施例中，當該球拍線之該第二端固定於該第三預設位置時，該控制單元依據該第二相對座標控制該機械手臂夾取該第一端，且該控制單元依據該第一相對座標控制該機械手臂使該第一端穿越該球拍線孔。
100:全自動球拍穿線系統
10a、10b:鏡頭模組
11:控制單元
12:機械手臂
W:球拍架
20:中桿
21:握柄
T:球拍固定架
13:球拍線供應單元
14:球拍線固定單元
O:球拍線孔
L:球拍線圈
P:第一端
Q:第二端
〔圖1〕係顯示本發明全自動球拍穿線系統於一實施例之示意圖。
〔圖2〕係顯示鏡頭模組被固定於特定位置。
〔圖3〕係顯示機械手臂抓取球拍示意圖。
〔圖4〕係顯示球拍放置於球拍固定架上示意圖。
〔圖5〕係顯示機械手臂至一第二預設位置夾住一球拍線之第一端。
〔圖6〕係顯示球拍線固定於球拍線固定單元示意圖。
〔圖7〕係顯示鏡頭模組偵測定位球拍相對座標示意圖。
〔圖8A〕係顯示穿線作業前示意圖。
〔圖8B〕係顯示穿線作業後示意圖。
〔圖9A〕係顯示本發明打結之示意圖。
〔圖9B〕係顯示本發明打結之示意圖。
請參考圖1，圖1顯示本發明全自動球拍穿線系統100於一實施例之示意圖，全自動球拍穿線系統100包含鏡頭模組10a與10b、控制單元11、以及機械手臂12。
操作流程一：初始化控制單元：
啟動電源，啟動已安裝在控制單元內程式，啟動影像擷取裝置，設定磅數(張力)，設定欲穿線之直向、橫向孔數，設定檢查偵測有無待穿線球拍架間隔時間。安裝在控制單元內程式包含檢查球拍完整度程式，偵測線頭座標程式、線頭拿取程式、偵測球拍線孔座標程式、縱線穿線程式、橫線穿線程式、打結程式(包含抓取球拍線程式)、剪線程式、穿線過程監視程式、異常警報程式、異常處裡程式，以及程式執行時需要的資料庫如空球拍架、各種異常球拍狀態。
除此之外，穿線過程監視程式運用鏡頭模組10a與10b全程監視機械手臂是否因意外事件如線頭掉落、異物侵入現場而產生誤動作，若有，則將現狀還原，重新執行流程。或有不可抗力原因如機器故障、球拍斷裂則發出警報訊號(聲音、閃紅燈)並停止穿線作業。意外事件、異常現象狀態存儲於控制單元11的資料庫。
操作流程二：偵測有無待穿線球拍
控制單元11運用鏡頭模組10a與10b偵測一球拍架上有無待穿線球拍，鏡頭模組10a與10b被固定於特定位置，例如：球拍架W，如圖2所示，圖2顯示鏡頭模組被固定於特定位置；另一實施例中：鏡頭模組10a與10b被固定於機械手臂12上隨著機械手臂12移動。鏡頭模組10a與10b偵測方式可以經由影像擷取裝置每隔一預設時間，比對預先儲存於控制單元11內空的球拍架的圖片或球拍的特徵圖片，由控制單元11判斷已有待穿線的球拍置放在球拍架W上；一實施例中，全自動球拍穿線系統100在球拍架W上安裝感測器或指示燈，則控制單元11依據感測器或指示燈得到有待穿線的球拍之訊息。
操作流程三：機械手臂拿取球拍
如圖3所示，圖3顯示機械手臂抓取球拍示意圖，控制單元11判斷出有待穿線的球拍置放於一初始位置，一實施例中，初始位置設定為球拍架W上，則控制單元11啟動機械手臂12至球拍架位置拿取球拍，機械手臂12可抓取球拍中桿20或握柄21；在一實施例中，同時用兩支機械手臂12則可同時抓取球拍的中桿0及握柄21。
機械手臂12抓取球拍放置鏡頭模組10a或10b的正前方以利後續的檢查流程。一實施例中，因球拍架、鏡頭模組10a與10b都固定在指定的位置，無論有沒有鏡頭模組10a與10b，機械手臂12也能準確無誤執行此流程。
操作流程四：檢查球拍
此流程目的為判斷球拍的完整性，是否能夠進行穿線操作，球拍完整及異狀先儲存於電腦之資料庫，基本上球拍表面具有有尖銳線條、或球拍線孔非完整圓形、或歪曲現象都屬異常。控制單元11控制機械手臂12將球拍放置於影像擷取裝置前方，機械手臂12可做180度、360度及任何角度旋轉，藉由鏡頭模組10a或10b比對儲存在控制單元11內的異常的球拍資料庫判斷球拍上是否仍有線即有無異常狀況，若球拍線仍在球拍上或判定異常則退回球拍至退回球拍架。
一實施例中，球拍異常更包含球框不平衡、裂痕、斷裂、歪斜等等異常現象，檢查球拍外觀可以用鏡頭模組10a或10b偵測是否水平，如球拍平水平置放時，鏡頭模組10a或10b沿著X軸水平移動，若球拍為無異常則球拍的Y軸值應維持固定值。另一實施例中，鏡頭模組10a或10b偵測到球拍有可疑裂痕，可直接退回或進一步用機械手臂12輕觸球拍框確定(機械手臂類似當探針)。也可用正向檢查法，輸入正常球拍特徵，凡不符合正常特徵者都歸為異常。
操作流程五：球拍放置於定位
如圖4所示，圖4顯示球拍放置於球拍固定架上示意圖，機械手臂12將檢查好的球拍放置於一第一預設位置，在本實施例中，第一預設位置設定為球拍固定架上T，因球拍不同廠牌、不同型號，球拍框會有些微差距，球拍固定架T需 預留此差距範圍，自動微調整位置以鎖定球拍框。自動微調可以事先將固定夾子張開到最大可符合所有廠牌型號的範圍，再縮小至符合該型號的尺寸。另外也可視球拍狀況於球拍線孔設置保護緩衝墊片。
操作流程六：預備穿線
請參考圖5，圖5顯示機械手臂至一第二預設位置夾住一球拍線之第一端P；全自動球拍穿線系統100包含球拍線供應單元13、以及球拍線固定單元14，球拍線纏繞於球拍線供應單元13，使球拍線之第一端P於第二預設位置；球拍線固定單元14，用以固定裁剪後球拍線之一第二端Q於一第三預設位置。
當控制單元11啟動線頭辨識程式，控制單元11控制機械手臂12至一第二預設位置夾住一球拍線之第一端P，第二預設位置於本實施例設定為球拍線供應單元11，即機械手臂12至球拍線供應單元11處夾取球拍線的線頭，當球拍線之第一端P延伸一預設長度後由機械手臂12進行裁剪以獲取預設長度的球拍線。
請注意，如圖6所示，圖6顯示球拍線固定於球拍線固定單元示意圖，機械手臂12至球拍線供應單元處夾取線頭，把球拍線拉至一定長度後剪斷，將裁剪下來的球拍線至少一端由球拍線固定單元14固定；在一實施例中，機械手臂12至球拍線供應單元處夾取線頭(或第一端P)，把球拍線拉至 預設長度後剪斷，將裁剪下來的球拍線的第一端P與第二端Q由球拍線固定單元14夾住固定。
目前的球拍穿線法有一線法、以及二線法兩種，一線法需裁剪10米長的球拍線；二線法縱線一般要裁剪5.5米長的球拍線，縱線的所需裁剪長度大約是縱線所需總長度的8.5倍，橫線一般要裁剪4.5米，橫線所需的裁剪長度大約是橫線總長度的6.5倍。一實施例中，鏡頭模組10a或10b拍攝第一端並計算出第一端的一第二相對座標，並依據預設長度計算出該第二端之位置；或利用一量度尺，機械手臂12將第一端用球拍線固定單元14夾住固定，將球拍線拉至預設長度時，鏡頭模組10a或10b輔助確認預設長度是正確的，再由機械手臂12進行裁剪，最後將第二端的線頭用另一個球拍線固定單元14夾住。
請注意，上述所述的縱線與橫線，本實施例之定義縱線為平行於球拍握柄21，而橫線為垂直於球拍握柄21。
穿線方法因本全自動球拍穿線系統100，將來可有更多的選項，三線法、四線法、多線法皆可實施。穿線過程為防止過長的線散落，可以設置集線器放置並保護線的安全及維護線的品質，同時避免球拍線有V字行對折而影響穿線品質。除此之外，機械手臂12的數量可增加，例如，兩隻以上的機械手臂12數量，增加機器手臂12的數量可以加速穿線作業的進行。
操作流程七：偵測球拍線孔位置
請同時參考圖7，圖7顯示鏡頭模組偵測定位球拍相對座標示意圖，兩個鏡頭模組10a與10b，分別由相異的兩個角度拍攝位於一第一預設位置的一球拍上之一球拍線孔O，鏡頭模組10a與10b分別依據此兩個角度並透過一三角測量法決定球拍線孔O的一第一相對座標。
舉例而言，若鏡頭模組10a座標為原點(0,0,0)，設定鏡頭模組10b距離原點x軸方向上的6個單位，即鏡頭模組10b座標為(6,0,0)，鏡頭模組10a取得球拍線孔O投射平面座標為U0=2，鏡頭模組10b取得球拍線孔O投射平面座標為U1=4，當鏡頭模組10a與鏡頭模組10b之間距離為b=6，鏡頭模組10a與10b到投射平面焦距距離為f=2，故兩投射平面距離d=U1-U0=2，則球拍線孔O相對於鏡頭模組10a之第一相對座標如下：
Z(depth)=f×b/(b-d)=2×6/4=3
X=U0×Z/f=2×3/2=3
Y=y0×Z/f=0×3/2=0本例高度都相同，故為0。
則球拍線孔O的第一相對座標為(3,0,3)
此流程目的為取得球拍線孔XYZ座標位置，有多種方式可以進行，藉由鏡頭模組、紅外線裝置、聲波探測裝置、觸碰探針裝置都可取得球拍線孔的XYZ立體座標位置。
在一實施例中，結構光(Structured Light)主動 式深度感測技術，對物體發射特定圖案的光斑(Pattern)，再經由相機模組來接收物體表面上的光斑圖案編碼(Light Coding)，進而比對與原始投射光斑的異同，並利用三角原理計算出物體的三維座標。在穿線的應用時對球拍框發射特定圖案的光斑(Pattern)，用圖像辨識軟體確認圓孔，鏡頭模組接收打在球拍線孔的特定光斑圖案編碼，利用三角原理計算出球拍線孔的XYZ三維座標。
在另一實施例中，TOF(Time of Flight；簡稱：TOF)主動式深度感測技術，透過紅外線折返的時間去計算跟球拍線孔之間的距離，以得出3D景深圖。基本零組件包括IR發射器、IR接收器、RGB相機模組和感光元件或感應陣列。在穿線的應用時運用TOF 3D立體相機對準球拍框，用圖像辨識軟體確認圓孔，運用TOF 3D立體相機對準球拍線孔中心，鏡頭模組會由配置軟體顯示圓孔中心XYZ座標值。
鏡頭模組10a或10b於球拍前方進行影像擷取，將擷取的影像回傳至控制單元11，控制單元11對接收的影像進行影像分析，以獲得球拍框的球拍線孔位置資訊，球拍線孔的判定可藉由控制單元內預先儲存的球拍線孔模型資料庫比對影像擷取裝置回傳之影像，或是用電腦圓形辨識軟體程式進行，也可比對預先儲存的球拍圓孔資料，如圓孔可能之直徑、半徑、大小範圍、也可運用市面上已有的影像辨識軟件如Talkwalker、Proprietary image recognition technology、 Google ReverseImage Search、Google API Cloud Vision、Amazon Rekognition、Clarifai、LogoGrab、IBM Image Detection、Imagga’Cloudsight、EyeEm等等其中的圓孔辨識軟件來判定球拍上的圓孔。確定球拍線孔後，控制單元11運用鏡頭模組擷取的兩個影像構成3D影像後得到精準的X、Y、Z球拍線孔中心立體座標。
鏡頭模組辨式球拍線孔取得XYZ座標，可以以一個、兩個、多個相機或3d相機、ToF相機來完成，可以組合不同感應偵測器來達成，如相機與雷射搭配、相機與聲波搭配、相機與探針搭配，或多種感應偵測器一起搭配。
操作流程八：穿線作業
請參考圖8A與圖8B，圖8A與圖8B分別顯示穿線作業前後示意圖；控制單元11控制機械手臂12至球拍線固定單元14，即於第二預設位置拿取球拍線的第一端，當機械手臂12至第二預設位置夾取第一端時，控制單元11依據鏡頭模組10a或10b計算出第一相對座標為(x0,y0,z0)、以及該第二相對座標為(x1,y1,z1)時，機械手臂12將第一端由(x1,y1,z1)移動至(x0,y0,z2)以進行直向穿線的程序；其中，z2為Z軸方向的平移；換言之，相機取得線頭座標及球拍線孔座標時，將線頭從座標(x1,y1,z1)位置移到線頭座標(x0,y0,z0)位置後，機械手臂12將線頭沿Z軸方向推進穿過球拍框的球拍線孔。
同理，球拍線的第二端(即另一個線頭)亦可如前 述同時操作，機械手臂12由球拍框的直立中間開始，因張力平衡考量，依序向兩邊延展穿線，以進行直向穿線的程序。在穿線的過程中，當球拍線的兩端沒有在機械手臂12上時，則球拍線的兩端一律置放在球拍線固定單元14上。
機械手臂12可以依照初始設定參數中的拉線磅數，如：26磅，由機械手臂12直接拉線至需要的磅數，另一實施例中，運用球拍線張力拉線器達到所需的磅數。在機械手臂12或球拍線張力拉線器拉線到定位之後，球拍線固定單元14自動固定住已經符合張力強度的球拍線，在一實施例中，球拍固定架T可由簡單型機器手臂所滿足，簡單型機器手臂可在任一方向移動將球拍線夾緊，以讓機械手臂12可以進行下一個球拍線孔的穿線，並依序完成直向穿線。
操作流程九：縱線穿線完成後進行打結
請同時參考圖9A與9B，圖9A與9B顯示本發明打結之示意圖；在直向穿線完成後，控制單元11控制機械手臂12進行綁線打結與剪線的程序，打結可由控制單元11控制機械手臂12在最終或最初的球拍線孔附近進行打結，由一隻機械手臂12夾取球拍線的線頭附近區域進行旋轉使其球拍線產生至少一個球拍線圈L，接著由另一隻機械手臂12夾取線頭穿越球拍線圈L，最後由機械手臂12截斷多餘球拍線完成打結；其中，線條K顯示為球拍框之內壁。
操作流程十：開始橫線穿線作及穿線完成後打結 剪線
橫線穿線不需從球拍中間區域的球拍線孔開始穿線，意即可以由球拍的頂部區域的球拍線孔、或球拍的底部區域的球拍線孔開始穿線。橫線穿過縱線時需用鏡頭模組10a或10b確認橫線與縱線是否交錯穿線，即是一次從縱線上方穿過，接續下一條縱線時則由橫線由縱線下方穿過，以此類推直到球框上的球拍線孔。操作方式同直向穿線及穿線完畢之打結剪線，在此不另行贅述。
綜上所述，本發明利用全自動球拍穿線系統全程全自動，不需要人工進行穿線，且能提高球拍的穩定性與一致性，進而提高球拍生產量。除此之外，球拍使用過程中造成球拍線斷裂，故更換球拍上的球拍線也具有龐大的市場商機，本發明不論是新球拍出廠穿線或舊球拍更換球拍線均能使用。
100:全自動球拍穿線系統
10a、10b:鏡頭模組
11:控制單元
12:機械手臂

Claims (10)

  1. 一種全自動球拍穿線系統，包含：
    兩個鏡頭模組，分別由相異的兩個角度拍攝位於一第一預設位置的一球拍上之一球拍線孔，該些鏡頭模組依據該些角度並透過一三角測量法決定該球拍線孔的一第一相對座標；以及
    一控制單元，控制一機械手臂自一初始位置抓取該球拍，並將該球拍移動並置放於該第一預設位置；該控制單元控制該機械手臂至一第二預設位置夾住一球拍線之一第一端，當該球拍線之該第一端延伸一預設長度後由該機械手臂進行裁剪；
    其中，該控制單元依據該第一相對座標控制該機械手臂夾取該球拍線之該第一端或一第二端穿越該球拍線孔、或該控制單元依據該第一相對座標控制該機械手臂夾取該球拍線之該第一端或該第二端於該球拍線孔進行打結。
  2. 如請求項1之全自動球拍穿線系統，其中，該控制單元控制該機械手臂抓取該球拍後，該機械手臂移動該球拍至該些鏡頭模組之前方，藉由該些鏡頭模組擷取該球拍之影像並與預先儲存在該控制單元內的一異常球拍資料庫進行比對，該控制單元判斷異常則該機械手臂退回該球拍至該初始位置或移動該球拍至一第二預設位置。
  3. 如請求項2之全自動球拍穿線系統，其中，該機械手臂依據該球拍線孔之該第一相對座標抓取該球拍之一中桿處或一握柄處。
  4. 如請求項3之全自動球拍穿線系統，其中，該系統包含：
    一球拍線供應單元，該球拍線纏繞於該球拍線供應單元，使該球拍線之該第一端於該第二預設位置；以及
    一球拍線固定單元，用以固定裁剪後的該球拍線之一第二端於一第三預設位置。
  5. 如請求項4之全自動球拍穿線系統，其中，該機械手臂於該第二預設位置夾住該第一端後，該機械手臂拉伸該第一端使其延伸該預設長度後，該機械手臂進行裁剪以獲取該預設長度的該球拍線。
  6. 如請求項5之全自動球拍穿線系統，其中，該些鏡頭模組拍攝該第一端並計算出該第一端的一第二相對座標，並依據該預設長度計算出該第二端之位置。
  7. 如請求項6之全自動球拍穿線系統，其中，當該球拍線之該第二端固定於該第三預設位置時，該控制單元依據該第二相對座標控制該機械手臂夾取該第一端，且該控制單元依據該第一相對座標控制該機械手臂使該第一端穿越該球拍線孔。
  8. 如請求項7之全自動球拍穿線系統，其中，當該球拍線之其中一端固定於該第三預設位置時，該機械手臂於另一端拉伸該該球拍線以產生一預設磅數之張力。
  9. 如請求項7之全自動球拍穿線系統，其中，當該機械手臂至該第二預設位置夾取該第一端時，該控制單元依據該些鏡頭模組計算該第一相對座標為(x0,y0,z0)、以及該第二相對座標為(x1,y1,z1)時，該機械手臂將該第一端由(x1,y1,z1)移動至(x0,y0,z2)以進行直向穿線的程序；其中，z2為Z軸方向的平移。
  10. 如請求項1之全自動球拍穿線系統，其中，該控制單元控制機械手臂在最終或最初的該球拍線孔附近進行打結，由該機械手臂夾取該球拍線的該第一端或該第二端附近區域進行旋轉，使其該球拍線產生至少一個球拍線圈，接著由另一該機械手臂夾取該第一端或該第二端穿越該球拍線圈。
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