专利名称：智能移动捡球机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种智能移动捡球机器人，能够通摄像头自行寻找小球并将其 捡起，实现了系统的智能化。
技术背景随着生活水平的提高，人们越来越重视通过运动来锻炼身体。目前在很多 城市的公共体育场地都会设有诸如兵乓球、羽毛球、网球之类的球类运动项目， 一旦这些球被打到很远的地方，人们就不想去捡球，感觉跑很远去捡一个球影 响了运动的兴致，也比较麻烦，这种情况在号称贵族运动的高尔夫球场那就更 为常见，往往一杆将球击得偏离目标杆位甚远，跑去捡一个球，既浪费了时间， 又浪费了精力，如果不去捡球，又白白浪费了资源，所以在很多高尔夫球场都 雇有专门的捡球人员。 发明内容本发明的目的是设计一种智能移动捡球机器人，通过摄像头自行找到球的 位置，并能够将其捡起，这样大大节省了人力物力，提高了运动的质量，同时 也能成为球场上一道亮丽的风景线。按照本发明提供的技术方案，在小车底盘的下面有前轮与后轮，在底盘上 设置用于控制前轮方向的控制机构及摄像头与控制核心，根据控制核心转化摄 像头采集的信息，通过控制机构来及时改变小车的行进方向；通过安装于底盘 后端的驱动电机带动后轮转动，为机器人提供运动动力；在小车上还安装有机 械臂和用来盛放待捡球的篮筐，机械臂在控制核心的控制下负责捡目标球，并 将目标球放在筐篮内；摄像头对小车前方的目标球进行扫描， 一旦检测到目标 球，通过控制核心控制小车自动向目标球的方向运动；所有的信息处理及智能 控制通过输入控制核心的程序来实现。机械臂包括第一机械臂及用于驱动第一机械臂的第一电动机、第二机械臂 及用于驱动第二机械臂的第二电动机、机械手指及用于驱动机械手指的第三电 动机；当小车运动到距球预设位置时，停止驱动电机，同时机械臂开始工作，首 先第二电动机工作，使第二机械臂下降，带动机械手指移动至目标球的位置后 停止工作；之后第三电动机工作，使机械手指由张开到闭合，将目标球捡起后 停止工作；然后，第二电动机再次工作，抬高第二机械臂，使机械手指被抬高 至高于篮框的高度后停止工作；接着第一电动机工作，使第一机械臂平行旋转 至机械手指位于篮框的正上方后停止工作；之后第二电动机再次工作，使机械 手指下降至篮框内后停止工作；然后第三电动机工作，使机械手指张开，将球 放入篮框内；再依次是第二电动机工作，使第二机械臂抬高至机械手指位于篮 框的上方，第一电动机工作，使第一机械臂水平回转，至此整个捡球过程结束。
摄像头对小车前方的目标球进行扫描时，扫描角度为120°，扫描距离为数 十米。在小车的车体上装有四个轮子，前两个轮子控制小车的前进方向，后两个 轮子起驱动作用。小车上装有一个机械臂和一个筐篮，在小车的前方装有摄像 头。小车移动时，摄像头会对前方呈120°、数十米内进行检测， 一旦检测到目 标，小车的前两轮通过方向舵机自动调整方向，从而引导小车向目标方向移动， 在距离目标预定捡球位置时，通过程序使驱动电机停止工作，同时驱动车上机 械臂，从前半部分下放开始，经过夹球，抬升，向后转180°后，再经过下放、 松球，实现将球捡起并放到篮筐的目的，然后机械臂再回到初始位置，为下一 次捡球做好准备，然后系统继续搜寻下一目标，重复以上描述过程。在小车向 目标移动的过程中，如果检测到新的目标，小车会智能的做一个判断，选择最 近的小球并向其行进，从而达到最优解。
图l是小车上的机械臂的结构示意图。 图2是小车方向控制舵机和驱动电机模块的示意图。 图3是图2的A-A视图。 图4是小车底盘的示意图。
具体实施方式
如图所示在小车底盘10的下面有前轮11与后轮7，在底盘10上设置用于控制前轮方向的控制机构12及摄像头15与控制核心14，根据控制核心14转 化摄像头采集的信息，通过控制机构12来及时改变小车的行进方向；通过安装 于底盘10后端的驱动电机8带动后轮7转动，为机器人提供运动动力；在小车 上还安装有机械臂和用来盛放待捡球的篮筐13，机械臂在控制核心14的控制下 负责捡目标球，并将目标球放在筐篮13内；摄像头15对小车前方的目标球进 行扫描， 一旦检测到目标球，通过控制核心14控制小车自动向目标球的方向运 动；所有的信息处理及智能控制通过输入控制核心14的程序来实现。机械臂包括第一机械臂2及用于驱动第一机械臂2的第一电动机1、第二机 械臂4及用于驱动第二机械臂4的第二电动机3、机械手指6及用于驱动机械手 指6的第三电动机5;当小车运动到距球预设位置时，停止驱动电机8，同时机械臂开始工作，首 先第二电动机3工作，使第二机械臂4下降，带动机械手指6移动至目标球的 位置后停止工作；之后第三电动机5工作，使机械手指6由张开到闭合，将目 标球捡起后停止工作；然后，第二电动机3再次工作，抬高第二机械臂4，使机 械手指6被抬高至高于篮框13的高度后停止工作；接着第一电动机l工作，使 第一机械臂2平行旋转至机械手指6位于篮框13的正上方后停止工作；之后第 二电动机3再次工作，使机械手指6下降至篮框13内后停止工作；然后第三电 动机5工作，使机械手指6张开，将球放入篮框13内；再依次是第二电动机3 工作，使第二机械臂4抬高至机械手指6位于篮框13的上方，第一电动机1工 作，使第一机械臂2水平回转，至此整个捡球过程结束。摄像头15对小车前方的目标球进行扫描时，可以对扫描角度为120°，扫描 距离为数十米的扇形区域进行扫描。附图所示的小车共有4个轮子，能使小车平稳的在地面上行驶，到达目的 地时，车上的机械臂就能自动下放捡球。在图1中，机械臂由三个电动机控制其运动。第一电动机1控制第一机械 臂2的转动，第二电动机3控制第二机械臂4的下放和抬升，第三电动机5负 责机械手指6的张开与闭合，用于将目标球捡起并放到车上的篮框13内。在图2中，小车的前轮11分别通过两个支杆连接在控制机构(即方向舵机) 上，通过控制核心14输出的PWM波控制方向舵机，通过方向舵机的转动来控 制支杆，从而达到控制小车前轮ll的运动，达到小车自由转向的目的。小车后 轮7的轴上装有一个大齿轮，它与驱动电机8上的小齿轮相连，整个系统运动 就是由这个驱动电机8控制，所有电动机的能量均由小车上的电池提供，驱动 电机8转动通过小齿轮带动大齿轮转动，从而驱动小车前进。在图3中，可以看到小车中部有一个控制核心，本发明中使用的控制核心 14选用的是飞思卡尔公司的MC9S12DG128单片机，小车的整个智能过程都是 由控制核心14自行控制的，如果要对车子的某些功能进行改进，其实物部分无 需变动，只需适当对程序做一些相应的改动就可以了，很方便，也很经济。
权利要求
1、一种智能移动捡球机器人，其特征是在小车底盘(10)的下面有前轮(11)与后轮(7)，在底盘(10)上设置用于控制前轮方向的控制机构(12)及摄像头(15)与控制核心(14)，根据控制核心(14)转化摄像头采集的信息，通过控制机构(12)来及时改变小车的行进方向；通过安装于底盘(10)后端的驱动电机(8)带动后轮(7)转动，为机器人提供运动动力；在小车上还安装有机械臂和用来盛放待捡球的篮筐(13)，机械臂在控制核心(14)的控制下负责捡目标球，并将目标球放在筐篮(13)内；摄像头(15)对小车前方的目标球进行扫描，一旦检测到目标球，通过控制核心(14)控制小车自动向目标球的方向运动；所有的信息处理及智能控制通过输入控制核心(14)的程序来实现。
2、 如权利要求1所述的智能移动捡球机器人，其特征是机械臂包括第一 机械臂(2)及用于驱动第一机械臂(2)的第一电动机(1)、第二机械臂(4) 及用于驱动第二机械臂(4)的第二电动机(3)、机械手指(6)及用于驱动机 械手指(6)的第三电动机(5);当小车运动到距球预设位置时，停止驱动电机(8)，同时机械臂开始工作， 首先第二电动机(3)工作，使第二机械臂(4)下降，带动机械手指(6)移动 至目标球的位置后停止工作；之后第三电动机(5)工作，使机械手指(6)由 张开到闭合，将目标球捡起后停止工作；然后，第二电动机(3)再次工作，抬 高第二机械臂(4)，使机械手指(6)被抬高至高于篮框(13)的高度后停止工 作；接着第一电动机(1)工作，使第一机械臂(2)平行旋转至机械手指(6) 位于篮框(13)的正上方后停止工作；之后第二电动机(3)再次工作，使机械 手指(6)下降至篮框(13)内后停止工作；然后第三电动机(5)工作，使机 械手指(6)张开，将球放入篮框(13)内；再依次是第二电动机(3)工作， 使第二机械臂(4)抬高至机械手指(6)位于篮框(13)的上方，第一电动机 (1)工作，使第一机械臂(2)水平回转，至此整个捡球过程结束。
3、 如权利要求1所述的智能移动捡球机器人，其特征是摄像头(15)对 小车前方的目标球进行扫描时，扫描角度为120。，扫描距离为数十米。
全文摘要
本发明提供了一种新型智能移动捡球机器人，即在一个能自由移动的小车上安装一个机械臂，在小车的前方装有摄像头，通过其检测到小球的位置，从而引导小车向球的方向运动，在到达预设捡球位置时，停止小车的同时驱动机械臂，捡起小球，并把小球放在车上的球篮内，然后继续寻找下一小球，重复以上描述动作，起到球场上“球童”的作用。
文档编号B25J5/00GK101161425SQ200710190398
公开日2008年4月16日 申请日期2007年11月27日 优先权日2007年11月27日
发明者史鹏飞, 吴定会, 强 董, 晨 陈, 马先喜 申请人:江南大学