专利名称：智能一体化捡网球机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种智能机器人，尤其涉及一种能帮助人们捡网球的智能型机器人。
背景技术：
近年来随着我国国民经济的不断发展，我们身边有了越来越多的网球场，也有越来越多的人爱好上了网球这项运动，网球作为一种时尚的运动已经走入大家的生活当中。但是捡网球的过程会消耗运动员大量的体力和精力，因此设计这样一台智能一体化捡网球机器人具有非常重要的意义。目前已有一些技术方案，归纳一下主要分为以下四类
第一类为手推式的捡球机。如专利号为CN200520059678. 3，CN200820208298. 5，CN200920151753. 7,CN201010128641. 7,CN200920090792. O。此类作品需要靠人推着车去捡
球，无智能装置。第二类为电动控制的捡球机。如专利号CN2000910047811. 6, CN200910304958. 9，CN200820042478. O, CN201010193232. 5。此类作品需要靠人操控完成捡球，无智能装置。第三类为自动控制的捡球车。如专利号CN200710190398. X。此类作品每次只能捡一个球，效率较低。而且没有避人避障等一些基本的控制，仅限用于实验，智能性较差。第四类为基于使用上位机和场地摄像头总体控制下的机器人。如专利号CN200810188136. 4,CN200810183233. 4。此类作品的控制方式仅适用于大规模的网球场，系统控制方式较为复杂，成本较高，且机器人必须依靠外部通讯，更换场地就无法顺利工作，自主性较差。
发明内容
本发明是要提出一种无需依靠外部通讯和场地摄像头，通过自身摄像头即可自主识别并收集场地网球的智能一体化捡网球机器人，该机器人运行方式可以是单机运行的方式也可以是多机协同的方式，并且一次能捡多个球，能储存几十个球，具有很高的效率，以及能有效的识别和躲避包括墙壁和人在内的种种障碍物。本发明的技术方案是一种智能一体化捡网球机器人，由信息获取系统，控制系统，执行系统，移动载体和拾取装置组成，其特点是信息获取系统包括摄像头、红外探测器、超声波测距器，其中摄像头用来连续拍摄场地图片，红外探测器用来感应球在移动载体内部的位置；超声波测距器用来感应移动载体前的障碍物；控制系统包括图像处理模块和总体控制模块，执行系统包括调速调节模块、电机驱动模块、车轮电机、拾球电机、拨球电机和无线收发模块；摄像头通过图像处理模块与总体控制模块连接，将连续拍摄的场地图片数据信号传输到控制系统，红外探测器和超声波测距器分别与总体控制模块连接，将球在移动载体内部的位置和移动载体前的障碍物信息数据信号传输到控制系统，控制系统对数据进行处理和分析后，分别输出控制信号给执行系统中的电机驱动模块，电机驱动模块分别连接车轮电机，拾球电机和拨球电机，用于分别驱动车轮电机，拾球电机和拨球电机，使移动载体和拾取装置动作。移动载体由捡球机构壳体、储球器、控制系统安放平台、车轮电机、驱动轮以及导向轮组成；捡球机构壳体前部设有储球器，后部装有拾取装置，中部装有拨球系统，拾取装置上面设有控制系统安放平台，捡球机构壳体底部前端两侧分别装有一个导向轮，后端两侧分别装有一个车轮电机及驱动轮，捡球机构壳体前端面上装有超声波测距器，上面装有摄像头，控制系统安放平台上装有速度调节模块和电机驱动模块。
捡球机构壳体包括壳体前壁、壳体侧壁、壳体后壁、壳体顶盖、中央支撑壁以及中央支撑板；其中，壳体前壁竖直安装，壳体侧壁竖直安装并垂直于壳体前壁，并使壳体侧壁最低处比壳体前壁最低处低一个球的间隔，壳体后壁安装于捡球机构壳体尾端，中央支撑壁安装于整个捡球机构壳体后端五分之一处，中央支撑板水平安置从中央支撑壁连接到壳体后壁，壳体顶盖沿壳体侧壁最后最高点向前沿侧壁边缘线安装直至挡住整个捡球机构壳体的后半部分。储球器包括储球底板和储球后壁；储球底板、储球后壁、机体前壁同机体侧壁在整个捡球机构壳体前侧组成一个储球器。拾取装置由拾球系统和拨球系统组成，拾球系统包括拾球电机、链轮、链条、连接用紧固件、拾球框以及拾球橡皮筋；拨球系统包括拨球电机，连接法兰以及拨球扳；拾球电机安装于中央支撑板下方的中央并且在竖直方向安装链轮，并且在主动链轮正上方安装一导向链轮，链条安装于两链轮之间，拾球框位于中央支撑壁的前侧，通过紧固件将拾球框与链条连接，拾球橡皮筋距离安装于拾球框中，拨球电机安装于中央支撑壁上部并通过法兰同拨球板相连接。总体控制模块与电机驱动模块之间连接有速度调节模块。智能一体化捡网球机器人还设有无线收发模块，无线收发模块与总体控制模块与连接，通过无线收发模块和其它子机器人进行交流。本发明的有益效果是
本发明的移动载体主要负责车体的移动于装置安置的架构。拾球系统用于拾取网球，拨球系统用于把拾起的球放入储球器内。摄像头用来连续的拍摄场地图片，送入控制系统。红外探测器用来感应球在机器内部的位置。超声波测距器用来感应车前是否有障碍物。本发明提供的机器人的在不需要和外界通讯情况下的单机和多机协同两种工作模式。提出的协同的操作模式有多种1、一般情况下多台机器人可以划定各自捡球区域，以减少长途奔波。2、当一台机器人发现周围有很多网球时而另一台发现周围没有网球时，可通过无线收发模块进行召唤。以上的处理都在机器人的程序控制系统完成。本发明具有储球能力大、捡球效率高；能不依靠机器人以外的设备，自主能力强；在任何场地均适用，适应能力强；具有避障、多机协同功能，智能化程度高。
图I是本发明的智能一体化捡网球机器人立体轴侧 图2是本发明的智能一体化捡网球机器人俯视 图3是本发明的智能一体化捡网球机器人的前视 图4是本发明的智能一体化捡网球机器人的后剖视图；图5是本发明的智能一体化捡网球机器人的后视 图6是本发明的智能一体化捡网球机器人的左视 图7是本发明的智能一体化捡网球机器人的左剖视 图8是本发明的智能一体化捡网球机器人的拾球橡皮筋平面示意 图9是本发明的智能一体化捡网球机器人的拨球扳平面示意图这；
图10是本发明的智能一体化捡网球机器人的捡球过程示意 图11是本发明的智能一体化捡网球机器人的击球入筐过程示意 图12是本发明的智能一体化捡网球机器人的控制系统示意 图13是本发明的智能一体化捡网球机器人的红外探头工作示意图。
具体实施例方式如图I至图13所示，本发明的智能一体化捡网球机器人，包括移动载体、拾取装置、信息获取系统，控制系统，执行系统，电路模块。信息获取系统包括摄像头22、红外探测器、超声波测距器23，其中摄像头22用来连续拍摄场地图片，红外探测器用来感应球在移动载体内部的位置；超声波测距器23用来感应移动载体前的障碍物；控制系统包括图像处理模块28和总体控制模块27，执行系统包括调速调节模块31、电机驱动模块32、车轮电机I、拾球电机13、拨球电机19和无线收发模块30 ;摄像头22通过图像处理模块28与总体控制模块27连接，将连续拍摄的场地图片数据信号传输到控制系统，红外探测器和超声波测距器23分别与总体控制模块27连接，将球在移动载体内部的位置和移动载体前的障碍物信息数据信号传输到控制系统，控制系统对数据进行处理和分析后，分别输出控制信号给执行系统中的电机驱动模块32，电机驱动模块32分别连接车轮电机I，拾球电机13和拨球电机19,用于分别驱动车轮电机I,拾球电机13和拨球电机19，使移动载体和拾取装置动作。以及总体控制模块27与无线收发模块30连接，通过无线收发模块30和其它子机器人进行交流。如图I至图6所示，移动载体包括捡球机构壳体、储球器、球导向侧壁、控制系统安放平台12、车轮电机I、驱动轮2以及导向轮3。捡球机构壳体包括壳体前壁4、壳体侧壁5、壳体后壁6、壳体顶盖7、中央支撑壁8以及中央支撑板9。储球器包括储球底板10和储球后壁11。壳体前壁4竖直安装，壳体侧壁5竖直安装并垂直于壳体前壁4，并使壳体侧壁5最低处比壳体前壁4最低处低I个球的间隔，壳体后壁6安装于机器尾端，中央支撑壁8安装于整个机体后端五分之一处，中央支撑板9水平安置从中央支撑壁8连接到壳体后壁6，壳体顶盖7沿壳体侧壁5最后最高点向前沿侧壁边缘线安装直至挡住整个机体的后半部分，储球底板10、储球后壁11、机体前壁4同机体侧壁5在整个机体前侧组成一个储球器。前导向轮3安装于储球底板下的两侧，驱动轮2安装于车轮电机I轴上，车轮电机I安装于中央支撑板8的两侧。 如图I至图9所示,拾取装置包括拾球系统和拨球系统。拾球系统包括拾球电机13、链轮14、链条15、连接用紧固件16、拾球框17以及拾球橡皮筋18。拨球装置包括拨球电机19，连接法兰20以及拨球扳21。拾球电机13安装于中央支撑板9下方的中央并且在竖直方向安装链轮14，并且在主动链轮正上方安装一导向链轮14，链条15安装于两链轮14之间，拾球框位于中央支撑壁8的前侧，通过紧固件16将拾球框与链条连接，拾球橡皮筋18如图所示等距离安装于拾球框17中。拨球电机19安装于中央支撑壁8上部通过法兰20同拨球板21相连接。如图I、图2、图3、图13所示，信息获取系统包括摄像头22，超声波测距器23、红外探测器(红外线发射头24和红外线接收头25)。摄像头22安装于壳体前壁4的上方。超声波测距器23安装于壳体前壁4的中间。红外线发射头24和红外线接收头25安装于壳体侧壁5的最下方，并保持同一高度(图13)。如图2、图4所示，电路模块包括锂电池组26、总体控制模块27、图像处理模块28、显示器29、无线收发模块30、调速调节模块31、和电机驱动模块32。锂电池组26紧贴储球后壁11。图像处理模块28、显示器29和无线收发模块30安装于壳体侧壁5的后方。速度调节模块31、和电机驱动模块32安装于电路板平台12上。总体控制模块27与电机驱动模块32之间连接有速度调节模块31。
如图12所示，信息获取系统包括摄像头22，超声波测距器23、红外探测器中的红外线接收头25和无线收发模块30。控制系统包括总体控制模块27和图像处理模块28。执行系统包括调速调节模块31、电机驱动模块32、车轮电机I、拾球电机13、拨球电机19和无线收发模块30。探测器、控制模块、执行模块以图12中的连线方式用导线相连。各个模块都与锂电池组26用导线相连。本发明的具体完成拾球过程为开始工作后，总体控制模块27控制电机驱动模块32带动车轮电机I使机器人按一定的总体行进路径行进。此时摄像头22实时拍摄场地信息，将数据送入图像处理模块28进行图像处理。经过图像处理，图像处理模块28若发现网球则将网球的位置信息送入总体控制模块27。总体控制模块控制27控制机器人向预定位置驶去，途中总体控制模块27控制速度调节模块31按离球越近越慢的原则调整机器人前进速度，直至网球从机器人底部进入。此时通过红外线发射头24和红外线接收头25的扫描，将球的具体位置发送至总体控制模块28。扫描方式如图13所示，网球会遮蔽一组红外线发射头24发出的红外线致使对应的红外线接收头25接收不到信号。到达可捡球的位置时，总体控制模块27控制电机驱动模块32使机器人停下，控制电机驱动模块32驱动拾球电机13带动拾球框17向下运动。拾球框17到达底部后，拾球橡皮筋18会将网球扣入框中。接着总体控制模块27控制电机驱动模块32驱动拾球电机13带动载有网球的拾球框17向上运动，到达顶部，过程如图8所示。随后总体控制模块27控制控制电机驱动模块32驱动拨球电机19将网球拨入由壳体前壁4、壳体侧壁5、储球底板10和储球后壁11组成的储球筐中，过程如图9所示。此时机器人完成了一次捡球动作，将继续按之前一定的总体行进路径行进。本发明的机器人自主行进控制方式采用差动控制，总体控制模块27控制电机驱动模块32和速度调节模块使左、右电机转速和转向不同即可控制机器人的自主行进过程。本发明的具体完成躲避避障碍过程为机器人在行进过程中，始终开起超声波测距器23。超声波测距器23会将机器人与前方障碍的距离值送入总体控制模块27。当这一值小于预设的数值时，总体控制模块27将会控制电机驱动模块32和速度调节模块31使机器人转向，从而避开障碍物。本发明的具体的协同捡球功能为当有两台或多台机器人在同一场地捡球时，每个机器人将自动开启无线收发模块30，将无线接收作为一种信息获取手段。协同的操作模式有多种，比如(I)、一般情况下两台机器人可以划定各自捡球区域，以减少长途奔波。(2)、当一台机器人发现周围有很多网球时而另一台发现周围没有网球时，可通过无线收发模块30进行召唤。以上的处理都在机器人的程序控制系统里完成。本发 明不限于此实例，凡是利用本设计的设计思路，做一些简单的变化的设计都应落入本发明保护范围。
权利要求
1.一种智能一体化捡网球机器人，由信息获取系统，控制系统，执行系统，移动载体和拾取装置组成，其特征在于所述信息获取系统包括摄像头(22)、红外探测器、超声波测距器(23)，其中摄像头(22)用来连续拍摄场地图片，红外探测器用来感应球在移动载体内部的位置；超声波测距器(23)用来感应移动载体前的障碍物；控制系统包括图像处理模块(28)和总体控制模块(27)，执行系统包括调速调节模块(31)、电机驱动模块(32)、车轮电机(I)、拾球电机(13)、拨球电机(19)和无线收发模块(30);摄像头(22)通过图像处理模块(28)与总体控制模块(27)连接，将连续拍摄的场地图片数据信号传输到控制系统，红外探测器和超声波测距器(23)分别与总体控制模块(27)连接，将球在移动载体内部的位置和移动载体前的障碍物信息数据信号传输到控制系统，控制系统对数据进行处理和分析后，分别输出控制信号给执行系统中的电机驱动模块(32)，电机驱动模块(32)分别连接车轮电机(I)，拾球电机(13)和拨球电机(19),用于分别驱动车轮电机(I),拾球电机(13)和拨球电机(19)，使移动载体和拾取装置动作。
2.根据权利要求I所述的智能一体化捡网球机器人，其特征在于所述移动载体由捡球机构壳体、储球器、控制系统安放平台(12)、车轮电机(I)、驱动轮(2)以及导向轮(3)组成；捡球机构壳体前部设有储球器，后部装有拾取装置，中部装有拨球系统，拾取装置上面设有控制系统安放平台(12)，捡球机构壳体底部前端两侧分别装有一个导向轮(3)，后端两侧分别装有一个车轮电机(I)及驱动轮(2)，捡球机构壳体前端面上装有超声波测距器(23)，上面装有摄像头(22)，控制系统安放平台(12)上装有速度调节模块(31)和电机驱动模块(32)。
3.根据权利要求I所述的智能一体化捡网球机器人，其特征在于所述拾取装置由拾球系统和拨球系统组成，拾球系统包括拾球电机(13)、链轮(14)、链条(15)、连接用紧固件(16)、拾球框(17)以及拾球橡皮筋(18);拨球系统包括拨球电机(19)，连接法兰(20)以及拨球扳(21);拾球电机(13)安装于中央支撑板(9)下方的中央并且在竖直方向安装链轮(14)，并且在主动链轮14正上方安装一导向链轮(14)，链条(15)安装于两链轮(14)之间，拾球框位于中央支撑壁(8)的前侧，通过紧固件(16)将拾球框与链条连接，拾球橡皮筋(18)距离安装于拾球框(17)中，拨球电机(19)安装于中央支撑壁(8)上部并通过法兰(20)同拨球板(21)相连接。
4.根据权利要求I所述的智能一体化捡网球机器人，其特征在于所述总体控制模块(27)与电机驱动模块(32)之间连接有速度调节模块(31)。
5.根据权利要求I所述的智能一体化捡网球机器人，其特征在于所述智能一体化捡网球机器人还设有无线收发模块(30)，无线收发模块(30)与总体控制模块(27)与连接，通过无线收发模块(30)和其它子机器人进行交流。
6.根据权利要求2所述的智能一体化捡网球机器人，其特征在于所述捡球机构壳体包括壳体前壁(4)、壳体侧壁(5)、壳体后壁(6)、壳体顶盖(7)、中央支撑壁(8)以及中央支撑板(9);其中，壳体前壁(4)竖直安装，壳体侧壁(5)竖直安装并垂直于壳体前壁(4)，并使壳体侧壁(5 )最低处比壳体前壁(4 )最低处低一个球的间隔,壳体后壁(6 )安装于捡球机构壳体尾端，中央支撑壁(8)安装于整个捡球机构壳体后端五分之一处,中央支撑板(9)水平安置从中央支撑壁(8)连接到壳体后壁(6)，壳体顶盖(7)沿壳体侧壁(5)最后最高点向前沿侧壁边缘线安装直至挡住整个捡球机构壳体的后半部分。
7.根据权利要求2所述的智能一体化捡网球机器人，其特征在于所述储球器包括储球底板(10 )和储球后壁(11);储球底板(10 )、储球后壁(11)、机体前壁(4)同机体侧壁(5 )在整个捡球机构壳体前侧组成一个储球器。
全文摘要
本发明涉及一种智能一体化捡网球机器人，由信息获取系统，控制系统，执行系统，移动载体和拾取装置组成，信息获取系统包括摄像头、红外探测器、超声波测距器，控制系统包括图像处理模块和总体控制模块，执行系统包括调速调节模块、电机驱动模块、车轮电机、拾球电机、拨球电机和无线收发模块；摄像头通过图像处理模块与总体控制模块连接，将连续拍摄的场地图片数据信号传输到控制系统，红外探测器和超声波测距器分别与总体控制模块连接，将球在移动载体内部的位置和障碍物信息数据信号传输到控制系统，控制系统对数据进行处理和分析后，分别输出控制信号给执行系统中的电机驱动模块，分别驱动车轮电机，拾球电机和拨球电机，使移动载体和拾取装置动作。
文档编号A63B69/38GK102614641SQ20121006809
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月15日 优先权日2012年3月15日
发明者朱佳敏, 朱武, 陈思侃, 黄陈一帆 申请人:上海电力学院