一种自动捡乒乓球的机器人的制作方法

本实用新型属于机器人领域，具体涉及一种自动捡乒乓球的机器人。

背景技术：

在乒乓球馆中的日常训练过程中，捡取散落在各处的乒乓球对于运动员而言是一件较为消耗体力的工作。而且据医疗统计研究，在剧烈运动过程中，频繁弯腰捡球会增大后期运动受伤的风险。

申请号为201410109219.5的发明专利公开了一种捡球机，其通过在抽吸管后段设有抽吸舱，将球吸入舱内，在球类运动过程中捡球操作简便、省时省力，且能够擦拭球体并抽吸菌尘，减轻了运动人员的工作难度。但是，由于该装置不能自动在乒乓球馆中巡航并发现球体，因此必须要依赖于人的操作，无法实现自动捡球。申请号为201510229859.4的发明专利公开了一种网球捡球机的捡球系统，该捡球系统通过中央处理器接收红外测距传感器的测量数据，并根据相关数据向驱动系统发出运动指令；然后通过驱动系统，在中央处理单元的驱动下实现捡球机的行走过程的变速与转弯。而其捡球装置，由二自由度机械臂和舵机驱动电路组成，采用二自由度机械臂完成夹球、运球和放球动作。该装置能够实现自动化捡球，但其机械臂适用于网球，针对乒乓球的捡球效果不佳，容易导致乒乓球因为压力而凹陷。因此，目前亟待于开发一种自动捡乒乓球的机器人。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种自动捡乒乓球的机器人，所采用的具体技术方案如下：

自动捡乒乓球的机器人，包括车辆本体、单片机、舵机、电源、摆臂、球框和弹性绳；所述的车辆本体的前端铰接有摆臂；摆臂顶部固定有圆柱形球框，球框的前端开口，后端封闭，且在开口一侧的横截面上固定有若干条间隔排布的弹性绳，相邻两条弹性绳的间距小于待捡乒乓球的直径；弹性绳所处的横截面与球框开口所处的端面间距离小于待捡乒乓球半径的1/2；摆臂底部与舵机的动力输出轴连接，控制其旋转角度；舵机与单片机和电源相连。

作为优选，所述的车辆本体还设置有红外传感器、超声传感器和图像识别模块，红外传感器和超声传感器设置于车辆本体的前端，用于在车辆行进过程中检测与前方物体之间的距离；图像识别模块与单片机相连，用于采集前方图像并进行目标识别。

作为优选，所述的弹性绳处于预紧状态。

作为优选，所述的弹性绳均沿水平方向设置。

作为优选，所述的弹性绳的间距为待捡乒乓球直径的1/2～3/4。

本实用新型通过特殊设计的捡球机构，实现了捡取乒乓球的高效自动化。而且，该机器人结构简单，成本较低。另外，与红外传感器、超声传感器和图像识别模块进行耦合后，能够实现在的大范围的场馆中巡航，自动捡球。

附图说明

图1为本实用新型中自动捡乒乓球的机器人的结构示意图；

图2为本实用新型中摆臂和球框组成的捡球机构示意图。

图中：车底座1、红外传感器2、超声传感器3、单片机4、蓝牙模块5、舵机6、底座7、电源8、摆臂9、球框10、图像识别模块11、弹性绳12和乒乓球13。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步阐述和说明。本实用新型中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。

如图1所示，一种自动捡乒乓球的机器人，包括车辆本体1、单片机4、舵机6、电源8、摆臂9、球框10和弹性绳12。车辆本体1为一辆由电力驱动的微型车，具有底盘和四个车轮，底盘的上方平面可以作为各配置组件的搭载平台。底盘上靠近前进方向的前端部位，铰接有两条摆臂9。如图2所示，两条摆臂9顶部固定有用于容纳收集的乒乓球的球框10。球框10呈圆柱形，前端开口，后端封闭，且在开口一侧的横截面上固定有若干条弹性绳12。弹性绳可采用橡皮筋或者其他具有弹性的条带。弹性绳12间隔排布，相互平行，能够覆盖整个球框10的横截面。相邻两条弹性绳12的间距需要小于待捡乒乓球的直径，一般可设置间距为待捡乒乓球直径的1/2～3/4，该间距下能够较好地将乒乓球13卡入间隙内。弹性绳12所处的横截面与球框10开口所处的端面间距离小于待捡乒乓球半径的1/2，因此当球框10接触地面时，乒乓球的横截面最大处能够进入两条弹性绳12之间，实现乒乓球的收集。摆臂9底部与舵机6的动力输出轴连接，控制其旋转角度；舵机6与单片机4和电源8相连。电源8也作为车辆本体1的车轮行进动力，单片机4同时也控制车轮的运动。

由于乒乓球本身的特点，不能承受较高的压力，否则会导致其球体凹陷，上述捕捉结构完美地解决了乒乓球的捡取问题。

该机器人的捡球过程为：摆臂9常规状态下，处于垂直方向。需要捡球时，车辆本体1在单片机4的控制下，以朝着乒乓球的方向前进，当靠近乒乓球时，由单片机4控制舵机6旋转，使摆臂9下放，球框10开口处倒向乒乓球，乒乓球卡入两条弹性绳12之间，当乒乓球的横截面最大处通过弹性绳12后，乒乓球便被收集于球框10内。由于乒乓球质量较轻，在后续的收集过程中也无法突破弹性绳12的阻力重新掉出。为了更好地实现捡球，弹性绳12需要处于预紧状态，预紧力不能过大，也不能过小，可以根据多次试验结果进行调整。理论上，弹性绳12的方向可以朝任意的径向设置，但是试验表面，在摆臂垂直状态下，弹性绳12沿水平方向设置是捡球效果最佳的，此时当摆臂下方时，弹性绳方向与车辆行进方向垂直。

上述方案仅能够实现乒乓球的半自动收集，因为车辆无法自动巡航并定位乒乓球位置，因此可考虑增加图像识别模块。在另一实施例中，车辆本体1上还设置有红外传感器2、超声传感器3和图像识别模块11，其均与单片机相连进行数据交互。红外传感器2和超声传感器3设置于车辆本体1的前端，用于在车辆行进过程中检测与前方物体之间的距离。图像识别模块11放置于底座7上，与单片机4相连，以便采集前方图像并进行目标识别。当图像识别模块11检测到乒乓球的存在时，单片机4驱动车轮朝乒乓球目标方向移动，并在移动过程中通过红外传感器2、超声传感器3同时检测距离乒乓球的距离。当靠近球时，自动执行捡球动作。使用两种传感器的原因是：红外传感器速度快精度高，但是对于光线条件敏感。超声传感器速度慢精度低，但是不会受到光线条件影响。同时使用两种传感器可以相互进行校验，不会产生较大误差。当然，行进过程中也需要通过两个传感器检测障碍，只要其中一个检测到障碍就执行避障程序，可以提高避障效率。在本实施例中，单片机4型号为STM32F103ZET6，图像识别模块11采用Pixy CMUcam5型号，均为市售产品。当然图像识别模块11也可以直接用现有的智能手机代替，通过图1中的蓝牙模块5与单片机相连，以减少成本。

以上所述的实施例只是本实用新型的一种较佳的方案，然其并非用以限制本实用新型。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。