一种网球场发球机器人控制系统及控制方法与流程

本发明属于体育运动技术领域，尤其涉及一种网球场发球机器人控制系统及控制方法。

背景技术：

网球运动人口数量庞大且逐年增加，且击球练习是练习过程中必不可少的一项；带弹力绳的回力球或对墙击打并不能提供良好的训练效果；雇用陪练又会产生高昂的成本。

现有的网球发球器械使用遥控器遥控，无法更加直接、智能地进行控制；目前尚无能与捡球机联动实现统一操控的发球机器人。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种网球场发球机器人控制系统及控制方法，旨在解决现有的网球发球器械使用遥控器遥控，无法更加直接、智能地进行控制；尚无能与捡球机联动实现统一操控发球机器人的问题。

本发明是这样实现的，一种网球场发球机器人控制方法，所述网球场发球机器人控制方法通过基于ZigBee的远程通讯协议接收来自捡球机的控制信号；接收到发球指令后，依次启动拨球机构和发球机构，并通过两个机构的运转速度和时间来控制发球频率和力度。

进一步，所述网球场发球机器人控制方法具体包括以下步骤：

步骤一，发球机控制器通过ZigBee远程协议接收来自发球机的信号，通过CC2530芯片使得控制器通过串口接收来自发球机的ZigBee无线信号，接收到信号首先进行奇偶校验，之后按照信号格式进行指令读取，第一位为控制命令、第二为发球频率，解析出控制指令；通过ZigBee传输而来的信号经由串口进入控制器，并对信号进行奇偶校验后分析出控制信号；奇偶校验通过在每个长度为8位的数据后加一位奇偶校验位，如8位数据中“1”的个数为奇数则该奇偶校验位值为“1”，否则为“0”；

步骤二，控制信号由两个部分组成：启动/终止命令和发球频率，当控制信号为启动时，拨球机构首先开始运转，当拨球筒对准球筐的漏斗洞时，网球掉落进拨球筒，并随拨球筒一同旋转；

步骤三，当拨球筒继续旋转，并与发球管道对准时，网球掉落进入发球管道，此时发球机构开始运转，网球从发球管道发出；其中，拨球机构和发球机构的运转速度和运转时间由控制信号中的发球频率决定，若控制信号为终止，则立即停止拨球机构和发球机构的运转。

本发明的另一目的在于提供一种所述网球场发球机器人控制方法的网球场发球机器人控制系统，所述网球场发球机器人控制系统包括：

捡球机控制器，与发球机控制器进行无线通信，用于发出捡球指令；

发球机控制器，用于接收命令并进行处理；

电机驱动模块，与发球机控制器有线连接，用于接收发球机控制器的控制信号；根据控制信号对电机进行驱动；

电机，与电机驱动模块有线连接，用于实时检测当前实际运动速度并反馈给发球机控制器；

稳压模块，与捡球机控制器、发球机控制器、电机驱动模块、电机有线连接，用于提供稳定电源。

本发明提供的网球场发球机器人控制系统及控制方法，能够准确、稳定、全自动地发射网球供练习者击打。本发明提供远程控制功能，远程控制功能通过位于捡球机、发球机上的ZigBee无线通信模块进行；该模块进行无线数据收发，并通过串口与捡球、发球机控制器相连。使用者可以与捡球机器人协同工作，与捡球机器人通过ZigBee无线通信协议进行数据交换；能够通过预先设定好的程序实现自主发球；工作稳定、效率高，本发球机在通过捡球机自动控制的情况下最快可实现每3秒发一次球的发球频率，与现有发球机最快2至5秒每球的效率相当。本发明通过设定程序，调整发球机进球拨轮、发射器的运转时间和功率调控发球频率、方向的控制，实现自主发球；经实际测试，发球机在100％油门下可将发球距离稳定在30米左右，在70％油门下稳定在15米左右即机器人可以通过对油门输出的精细控制实现稳定的自主发球。机器人可方便扩展为其他球类发球机，如乒乓球、高尔夫球、棒球等。机器人为模块化设计，发球机构、储球机构可拆卸可更换，通过更换发球机构可将机器人扩展为其他球类发球机。

附图说明

图1是本发明实施例提供的网球场发球机器人控制系统结构示意图；

图中：1、捡球机控制器；2、发球机控制器；3、电机驱动模块；4、电机；5、稳压模块。

图2是本发明实施例提供的网球场发球机器人控制方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例的网球场发球机器人控制系统包括：捡球机控制器1、发球机控制器2、电机驱动模块3、电机4、稳压模块5。

捡球机控制器1，与发球机控制器2进行无线通信，用于发出捡球指令；

发球机控制器2，用于接收命令并进行处理；

电机驱动模块3，与发球机控制器2有线连接，用于接收发球机控制器2的控制信号；根据控制信号对电机进行驱动；

电机4，与电机驱动模块3有线连接，用于实时检测当前实际运动速度并反馈给发球机控制器2；

稳压模块5，与捡球机控制器1、发球机控制器2、电机驱动模块3、电机有线连接4，用于提供稳定电源。

如图2所示，本发明实施例的网球场发球机器人控制方法通过基于ZigBee的远程通讯协议接收来自捡球机的控制信号；接收到发球指令后，依次启动拨球机构和发球机构，并通过两个机构的运转速度和时间来控制发球频率和力度。

具体包括以下步骤：

S101：发球机控制器通过ZigBee远程协议接收来自发球机的信号，通过ZigBee传输而来的信号经由串口进入控制器，并对信号进行奇偶校验后分析出控制信号；

S102：控制信号由两个部分组成：启动/终止命令和发球频率，当控制信号为启动时，拨球机构首先开始运转，当拨球筒对准球筐的漏斗洞时，网球掉落进拨球筒，并随拨球筒一同旋转；

S103：当拨球筒继续旋转，并与发球管道对准时，网球掉落进入发球管道，此时发球机构开始运转，网球从发球管道发出。其中，拨球机构和发球机构的运转速度和运转时间由控制信号中的发球频率决定，若控制信号为终止，则立即停止拨球机构和发球机构的运转。

发球机控制器通过ZigBee远程协议接收来自发球机的信号，通过CC2530芯片使得控制器通过串口接收来自发球机的ZigBee无线信号，接收到信号首先进行奇偶校验，之后按照信号格式进行指令读取，第一位为控制命令、第二为发球频率，解析出控制指令；通过ZigBee传输而来的信号经由串口进入控制器，并对信号进行奇偶校验后分析出控制信号；奇偶校验通过在每个长度为8位的数据后加一位奇偶校验位，如8位数据中“1”的个数为奇数则该奇偶校验位值为“1”，否则为“0”。

控制部分采用搭载atmel芯片的arduino开发板进行控制。通过pid算法调节发球摩擦轮转速稳定、精确。器人采集到当前运动速度后通过pid算法与目标速度进行比例、积分、微分运算，得到使发球摩擦轮速度平滑过渡的油门大小后进行输出。发球机构由一arduino单片机控制，用一枚L298N直流电机驱动模块驱动电机。用L7805交直流稳压模块对L298N模块进行稳压，防止驱动模块损坏。借助于模块化设计，机器人可方便扩展为其他球类发球机，如乒乓球、高尔夫球、棒球等。本发明的机器人为模块化设计，发球机构、储球机构可拆卸可更换，通过更换发球机构可将机器人扩展为其他球类发球机。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。