用于投篮的机器人及其投篮控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于投篮的机器人及其投篮控制方法，该用于投篮的机器人包括支撑架、投篮装置和控制器，该投篮装置包括抓手、传动部件、伺服电机和投篮电机；该抓手与该伺服电机的输出轴传动连接；该传动部件的一端与该投篮电机的输出轴传动连接；该机器人还包括传感器和第一触碰开关。该投篮控制方法包括以下步骤：S1、该伺服电机旋转带动该抓手抓紧待投发光物；S2、投篮电机旋转；S3、传感器检测到该传动部件，伺服电机回转，抓手张开；S4、该传动部件触动第一触碰开关，投篮电机停止转动，待投发光物被抛出。本发明调试精确度高，使抛物线较高，提高了投篮的准确度、稳定性和可靠性。
【专利说明】用于投篮的机器人及其投篮控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于投篮的机器人及其投篮控制方法。
【背景技术】
[0002]随着人类社会科学发展和技术进步，自动化控制越来越多地渗入社会生产和生活的各个领域。人们越来越多地试图将各种不必以人亲自完成的动作交由智能控制的执行机构去完成，或者说，机器人的适用领域已经得到了空前的扩大。人们常常举办智能机器人比赛，以鼓励自动化控制领域的工程师能够提高机器人的控制智能。
[0003]例如，在机器人投篮比赛中，由智能移动机器人为队员构成的篮球队，采用类似于人类篮球比赛的规则进行比赛。在场地中，篮球机器人在对方半场寻找发光的球，避开对方机器人防守并投篮得分。
[0004]常见的用于投篮的机器人投篮装置一般通过一个电机驱动待投发光物投篮，且在投篮过程中只有一个速度，使得投篮的抛物线较平缓，此外，调试不精确，投篮准确度较低，稳定性和可靠性较低。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中传统的用于投篮的机器人调试不精确、投篮准确度较低，稳定性和可靠性较低等缺陷，提供了 一种用于投篮的机器人。
[0006]本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题:
[0007]—种用于投篮的机器人，包括一支撑架、一投篮装置和一固定于该支撑架上的控制器，其特点在于，该投篮装置包括一抓手、一传动部件、一固定于该传动部件上的伺服电机和一固定于该支撑架上的投篮电机；
[0008]该抓手用于抓紧一待投发光物，并与该伺服电机的输出轴传动连接；
[0009]该传动部件的一端与该投篮电机的输出轴传动连接，该传动部件用于与该抓手相配合实现该待投发光物的投篮；
[0010]该机器人还包括至少一用于检测该传动部件是否运动到第一设定位置的传感器、一用于检测该传动部件是否运动到第二设定位置的第一触碰开关，各该传感器固定于该支撑架上靠近该待投发光物处，该第一触碰开关固定于该支撑架上靠近该传动部件远离待投发光物的一端；
[0011]该控制器用于通过各传感器和第一触碰开关的信号分别控制伺服电机和投篮电机的旋转速度、旋转方向以及开启，该控制器的输入端与该传感器、第一触碰开关电连接，该控制器的输出端与该伺服电机、投篮电机电连接。
[0012]在本方案中，通过传感器以及第一触碰开关的设置，可分别控制伺服电机、投篮电机的运动状态，使得机器人在投篮过程中提供了两个可单独控制调试的速度，且调试精确度高，进而改变待投发光物向上方向和水平方向的力，从而有效控制待投发光物的抛物线，使抛物线较高，提高了投篮的准确度、稳定性和可靠性。[0013]较佳地,各所述传感器均为一光电开关。
[0014]在本方案中，光电开关使利用数字信号控制伺服电机的动作，反应灵敏。
[0015]较佳地，该抓手包括两个连接杆，其中一该连接杆的一端与该伺服电机的输出轴传动连接，该连接杆的另一端设有一第一卡接件，另一该连接杆的一端也设有一第一卡接件，各该第一卡接件之间通过至少一连接轴固接形成一手爪，该手爪与该待投发光物卡接。
[0016]在本方案中，采用上述结构形式，使得该手爪可灵活的抓紧和松开待投发光物，提高了投篮的灵活性以及准确度。
[0017]较佳地，该传动部件包括两个传动杆和一连接部件，两个该传动杆的一端分别固定于该连接部件的两端，该连接部件与该投篮电机的输出轴传动连接。
[0018]较佳地，该传动部件的另一端设有一用于放置该待投发光物的铲物架。
[0019]在本方案中，该铲物架的设置使得机器人在投篮过程中可放置待投发光物，尤其在伺服电机停止转动，抓手张开后，使待投发光物仍然能继续运动，避免该待投发光物未到指定位置就脱离该投篮装置，提高了投篮的稳定性。
[0020]较佳地，该铲物架包括一支撑板和两个第二卡接件，两个该第二卡接件的一端分别与该支撑板固接，两个该第二卡接件的另一端分别与相应的该传动杆相连接。
[0021]较佳地，该机器人还包括一移动装置，该移动装置包括四个滚轮和四个用于驱动相应的各该滚轮的移动电机，四个该滚轮对称设置于支撑架底部的两侧，各该移动电机的输入端与控制器的输出端电连接。
[0022]在本方案中，该移动装置的设置能辅助机器人完成捡待投发光物、移动到篮筐等一系列移动运动，提高了该机器人的灵活性。
[0023]较佳地，该机器人还包括至少一第一光传感器和至少一第二光传感器，各该第一光传感器和第二光传感器均固定于该支撑架上并与该控制器的输入端电连接，第一光传感器用于在水平方向上检测该待投发光物与该机器人的距离，第二光传感器用于在垂直方向上检测该待投发光物是否到第三设定位置，该控制器还用于将第一光传感器和第二光传感器检测到的信号结果控制各移动电机的开启、旋转方向。
[0024]在本方案中，采用上述结构形式，使得机器人可完成寻找该待投发光物的动作。
[0025]较佳地，该机器人还包括一位置检测装置，该位置检测装置包括一用于测量该机器人的方位角度的指南针和若干用于测量该机器人到比赛场地各边框的距离的位置敏感器件，该指南针和各位置敏感器件均固定于支撑架上并与该控制器的输入端电连接，该控制器还用于将指南针和位置敏感器件检测到的信号结果控制各移动电机的开启、旋转方向。
[0026]在本方案中，采用上述结构形式，使得机器人可正确的定位与篮筐之间的位置关系，进而运动到篮筐的位置，准确的完成投篮的过程。
[0027]较佳地，该机器人还包括两个间隔设置于所述支撑架的底部的第二触碰开关，该控制器还用于检测:当篮筐触动两个第二触碰开关时控制投篮电机开始转动。
[0028]在本方案中，采用上述结构形式，使得机器人只有当两个第二触碰开关同时被篮筐触动时才会开始投篮，避免了机器人投篮时偏移篮筐，提高了投篮的准确度。
[0029]本发明还提供了一种用于投篮的机器人的投篮控制方法，该用于投篮的机器人如上所述，其特点在于，该投篮控制方法的具体步骤如下:[0030]S1、该待投发光物与该传动部件相连接，该伺服电机旋转带动该抓手旋转闭合将该待投发光物抓紧；
[0031]S2、该投篮电机旋转带动该传动部件旋转，使该待投发光物与该传动部件同步旋转;
[0032]S3、该传感器检测到该传动部件到达该第一设定位置，该控制器控制该伺服电机回转带动该抓手张开；
[0033]S4、该传动部件触动该第一触碰开关，该控制器控制该投篮电机停止转动，该待投发光物被抛出，投篮完成。
[0034]在本方案中，采用上述控制方法，实现了单独控制两个速度，进而单独控制待投发光物向上方向的力以及水平方向的力，提高了调试的精确性以及投篮的准确度、精确度。
[0035]较佳地，步骤S1之前包括以下步骤:
[0036]Sn、一第二光传感器在垂直方向上检测到该待投发光物已到达第三设定位置，该控制器控制该伺服电机开始转动。
[0037]较佳地，步骤S11之前还包括以下步骤:
[0038]S111、一第一光传感器在水平方向上检测到该待投发光物，该控制器控制移动装置向该待投发光物方向移动。
[0039]较佳地，步骤S1与S2之间还包括以下步骤:
[0040]S21、一位置检测装置检测到该机器人与比赛场地各边框之间的距离以及方位角度，该控制器控制移动装置向篮框方向移动；
[0041]S22、两个第二触碰开关均检测到篮框，该投篮电机开始转动。
[0042]在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
[0043]本发明的积极进步效果在于:
[0044]本发明用于投篮的机器人及其投篮控制方法调试精确度高，能有效控制待投发光物的抛物线，使抛物线较高，提高了投篮的准确度、稳定性和可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0045]图1为本发明用于投篮的机器人的较佳实施例的结构示意图。
[0046]图2为图1中投篮装置的结构示意图。
[0047]图3为与图2对应的主视图。
[0048]图4为本发明投篮过程中待投发光物的第一状态图。
[0049]图5为本发明投篮过程中待投发光物的第二状态图。
[0050]图6为本发明投篮过程中待投发光物的第三状态图。
[0051]附图标记说明:
[0052]支撑架:1
[0053]控制器:2
[0054]光电开关:3
[0055]投篮装置:4
[0056]抓手:41连接杆:411第一卡接件:412[0057]连接轴:413手爪:414
[0058]传动部件:42传动杆:421连接部件:422
[0059]铲物架:423支撑板:424第二卡接件:425
[0060]伺服电机:43投篮电机:44
[0061]移动装置:5滚轮:51移动电机:52
[0062]位置检测装置:6 指南针:61位置敏感器件:62
[0063]第一光传感器:7
[0064]第二光传感器:8
[0065]第一触碰开关:9
[0066]第二触碰开关:10
[0067]待投发光物:11
【具体实施方式】
[0068]下面举个较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本发明。
[0069]如图1所示，本发明用于投篮的机器人包括一支撑架1、一投篮装置4、一固定于该支撑架I上的控制器2、至少一传感器、一移动装置5、一位置检测装置6、至少一第一光传感器7、至少一第二光传感器8、一`第`一触碰开关9和两个第二触碰开关10。在本实施例中，传感器的数量为2个,且各传感器均为一光电开关3。
[0070]其中，如图1所示，该移动装置5包括四个滚轮51和四个用于驱动相应的各该滚轮51的移动电机52。四个该滚轮对称设置于支撑架I底部的两侧。各该移动电机的输入端与控制器2的输出端电连接。该移动装置5能辅助机器人完成捡待投发光物U、移动到篮筐等一系列移动运动，提高了该机器人的灵活性。
[0071]另外，各该第一光传感器7和第二光传感器8均固定于该支撑架I上并与控制器2的输入端电连接。第一光传感器7用于在水平方向上检测待投发光物11与该机器人的距离，第二光传感器8用于在垂直方向上检测该待投发光物11是否到第三设定位置。其中，第三设定位置为待投发光物放置在铲物架423上并与传动杆421相接触的位置。在本实施例中，第一光传感器7的数量为2个，第二光传感器8的数量为I个。待投发光物11为待投发光球。
[0072]机器人在投篮比赛过程中，可通过第一光传感器7在水平方向上检测该待投发光物11，寻找到该待投发光物11之后，将信号传递到控制器2内，使得控制器2控制移动装置5向该待投发光物11方向移动。另外，第二光传感器8在垂直方向上检测该待投发光物11是否到位，若到位，将该信号传递至控制器2，控制器2控制伺服电机旋转带动抓手41将该待投发光物11抓紧。
[0073]此外，如图1所示，该位置检测装置6包括一用于测量该机器人的方位角度的指南针61和若干用于测量该机器人到比赛场地各边框的距离的位置敏感器件62。该指南针61和各位置敏感器件62均固定于支撑架I上并与该控制器2的输入端电连接。该控制器2还用于将指南针61和位置敏感器件62检测到的信号结果控制各移动电机的开启、旋转方向。在本实施例中，位置敏感器件的数量为4个。
[0074]进一步，两个第二触碰开关10间隔设置于所述支撑架I的底部。该控制器2还用于检测:当篮筐触动两个第二触碰开关10时控制投篮电机开始转动。
[0075]位置敏感器件(PSD, Position Sensitive Detector),属于半导体器件，一般做成P+I+N结构，具有高灵敏度、高分辨率、响应速度快和配置电路简单等优点。其工作原理是基于横向光电效应。
[0076]在本实施例中，位置敏感器件测量该机器人距离比赛场地各边框的距离以及指南针测量该机器人的方位角度，从而确定该机器人与篮筐之间的相对位置，使得控制器2控制移动装置5向篮筐移动，当两个第二触碰开关10同时被篮筐触动时，机器人开始投篮，避免了机器人投篮时偏移篮筐，提高了投篮的准确度，准确的完成投篮的过程。
[0077]如图1-3所示，该投篮装置4包括一抓手41、一传动部件42、一固定于该传动部件上的伺服电机43和一固定于该支撑架I上的投篮电机44。
[0078]其中，如图2-3所示，该抓手41用于抓紧一待投发光物11，并与该伺服电机43的输出轴传动连接。该抓手41包括两个连接杆411。其中一该连接杆的一端与伺服电机43的输出轴传动连接，该连接杆411的另一端设有一第一卡接件412。另一该连接杆的一端也设有一第一卡接件412。
[0079]其中，各该第一卡接件412之间通过至少一连接轴413固接形成一手爪414。该手爪414与该待投发光物11卡接。这样使得该手爪414可灵活的抓紧和松开待投发光物11，提高了投篮的灵活性以及准确度。
[0080]另外，该传动部件42的一端与投篮电机44的输出轴传动连接，该传动部件42用于与该抓手41相配合实现该待投发光物11的投篮。且该传动部件42包括两个传动杆421和一连接部件422。两个该传动杆421分别固定于该连接部件422的两端，该连接部件422与投篮电机44的输出轴传动连接。
[0081]此外，该传动部件42的一端设有一用于放置该待投发光物11的铲物架423。其中，如图2所示，该铲物架423包括一支撑板424和两个第二卡接件425。两个该第二卡接件425的一端分别与该支撑板424固接，两个该第二卡接件425的另一端分别与相应的传动杆421相连接。
[0082]在本实施例中，该铲物架423的设置使得机器人在投篮过程中可放置待投发光物11，尤其在伺服电机43停止转动，抓手41张开后，使待投发光物11仍然能继续运动，避免该待投发光物11未到指定位置就脱离该投篮装置4，提高了投篮的稳定性。
[0083]进一步，如图1所示，该传感器用于用于检测该传动部件42是否运动到第一设定位置，该传感器固定于支撑架I上靠近该待投发光物11处，该第一触碰开关9用于检测该传动部件是否运动到第二设定位置，该第一触碰开关9固定于支撑架I上靠近传动部件42远离待投发光物11的一端。在本实施例中，第一设定位置为当传感器检测到传动部件时传动部件所处的位置。第二设定位置即为当传动部件触碰到第一触碰开关时传动部件所处的位置。
[0084]控制器2用于通过各传感器和第一触碰开关9的信号分别控制伺服电机和投篮电机的旋转速度、旋转方向以及开启，该控制器2的输入端与该传感器、第一触碰开关9电连接，该控制器2的输出端与该伺服电机、投篮电机电连接。
[0085]在本实施例中，通过传感器以及第一触碰开关9的设置，可分别控制伺服电机、投篮电机的运动状态，使得机器人在投篮过程中提供了两个可单独控制调试的速度，且调试精确度高，进而改变待投发光物11向上方向和水平方向的力，从而有效控制待投发光物11的抛物线，使抛物线较高，提高了投篮的准确度、稳定性和可靠性。
[0086]本发明还提供了一种用于投篮的机器人的投篮控制方法，如图1?3所示，该用于投篮的机器人如上所述，该投篮控制方法的具体步骤如下:
[0087]步骤100，该待投发光物11与该传动部件42相连接，该伺服电机旋转带动该抓手41旋转闭合将待投发光物11抓紧，如图4所示。
[0088]步骤101，投篮电机旋转带动传动部件42旋转，使待投发光物11与传动部件42同步旋转。
[0089]步骤102，传感器检测到该传动部件42到达第一设定位置，控制器2控制伺服电机回转带动抓手41张开，如图5所示。
[0090]步骤103，该传动部件42触动第一触碰开关9，控制器2控制投篮电机停止转动，如图6所示，待投发光物11被抛出，投篮完成。
[0091]在本实施例中，采用上述控制方法，实现了单独控制两个速度，进而单独控制待投发光物11向上方向的力以及水平方向的力，提高了调试的精确性以及投篮的准确度、精确度。
[0092]较佳地，步骤100之前包括以下步骤:
[0093]步骤1000，一第二光传感器8在垂直方向上检测到该待投发光物11已到达第三设定位置，控制器2控制伺服电机开始转动。
[0094]较佳地，步骤1000之前还包括以下步骤:
[0095]步骤10000，一第一光传感器7在水平方向上检测到待投发光物11，控制器2控制移动装置5向待投发光物11方向移动。
[0096]较佳地，步骤100与步骤101之间还包括以下步骤:
[0097]步骤1010，一位置检测装置6检测到机器人与比赛场地各边框之间的距离以及方位角度，控制器2控制移动装置5向篮框方向移动。
[0098]步骤1011，两个第二触碰开关10均检测到篮框，投篮电机开始转动。
[0099]综上所述，本发明用于投篮的机器人及其投篮控制方法调试精确度高，能有效控制待投发光物11的抛物线，使抛物线较高，提高了投篮的准确度、稳定性和可靠性。
[0100]虽然以上描述了本发明的【具体实施方式】，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种用于投篮的机器人，包括一支撑架、一投篮装置和一固定于该支撑架上的控制器，其特征在于，该投篮装置包括一抓手、一传动部件、一固定于该传动部件上的伺服电机和一固定于该支撑架上的投篮电机； 该抓手用于抓紧一待投发光物，并与该伺服电机的输出轴传动连接； 该传动部件的一端与该投篮电机的输出轴传动连接，该传动部件用于与该抓手相配合实现该待投发光物的投篮； 该机器人还包括至少一用于检测该传动部件是否运动到第一设定位置的传感器、一用于检测该传动部件是否运动到第二设定位置的第一触碰开关，各该传感器固定于该支撑架上靠近该待投发光物处，该第一触碰开关固定于该支撑架上靠近该传动部件远离待投发光物的一端； 该控制器用于通过各传感器和第一触碰开关的信号分别控制伺服电机和投篮电机的旋转速度、旋转方向以及开启，该控制器的输入端与该传感器、第一触碰开关电连接，该控制器的输出端与该伺服电机、投篮电机电连接。
2.如权利要求1所述的机器人，其特征在于，各所述传感器均为一光电开关。
3.如权利要求1所述的机器人，其特征在于，该抓手包括两个连接杆，其中一该连接杆的一端与该伺服电机的输出轴传动连接，该连接杆的另一端设有一第一卡接件，另一该连接杆的一端也设有一第一卡接件，各该第一卡接件之间通过至少一连接轴固接形成一手爪，该手爪与该待投发光物卡接。
4.如权利要求1所述的机器人，其特征在于，该传动部件包括两个传动杆和一连接部件，两个该传动杆的一端分别固定于该连接部件的两端，该连接部件与该投篮电机的输出轴传动连接。
5.如权利要求4所述的机器人，其特征在于，该传动部件的另一端设有一用于放置该待投发光物的铲物架。
6.如权利要求5所述的机器人，其特征在于，该铲物架包括一支撑板和两个第二卡接件，两个该第二卡接件的一端分别与该支撑板固接，两个该第二卡接件的另一端分别与相应的该传动杆相连接。
7.如权利要求1所述的机器人，其特征在于，该机器人还包括一移动装置，该移动装置包括四个滚轮和四个用于驱动相应的各该滚轮的移动电机，四个该滚轮对称设置于支撑架底部的两侧，各该移动电机的输入端与控制器的输出端电连接。
8.如权利要求7所述的机器人，其特征在于，该机器人还包括至少一第一光传感器和至少一第二光传感器，各该第一光传感器和第二光传感器均固定于该支撑架上并与该控制器的输入端电连接，第一光传感器用于在水平方向上检测该待投发光物与该机器人的距离，第二光传感器用于在垂直方向上检测该待投发光物是否到第三设定位置，该控制器还用于将第一光传感器和第二光传感器检测到的信号结果控制各移动电机的开启、旋转方向。
9.如权利要求7所述的机器人，其特征在于，该机器人还包括一位置检测装置，该位置检测装置包括一用于测量该机器人的方位角度的指南针和若干用于测量该机器人到比赛场地各边框的距离的位置敏感器件，该指南针和各位置敏感器件均固定于支撑架上并与该控制器的输入端电连接，该控制器还用于将指南针和位置敏感器件检测到的信号结果控制各移动电机的开启、旋转方向。
10.如权利要求1~9中任意一项所述的机器人，其特征在于，该机器人还包括两个间隔设置于所述支撑架的底部的第二触碰开关，该控制器还用于检测:当篮筐触动两个第二触碰开关时控制投篮电机开始转动。
11.一种用于投篮的机器人的投篮控制方法，该用于投篮的机器人如权利要求1~10中任意一项所述，其特征在于，该投篮控制方法的具体步骤如下: 51、该待投发光物与该传动部件相连接，该伺服电机旋转带动该抓手旋转闭合将该待投发光物抓紧； 52、该投篮电机旋转带动该传动部件旋转，使该待投发光物与该传动部件同步旋转； 53、该传感器检测到该传动部件到达该第一设定位置，该控制器控制该伺服电机回转带动该抓手张开； 54、该传动部件触动该第一触碰开关，该控制器控制该投篮电机停止转动，该待投发光物被抛出，投篮完成。
12.如权利要求11的投篮控制方法，其特征在于，步骤S1之前包括以下步骤: Sn、一第二光传感器在垂直方向上检测到该待投发光物已到达第三设定位置，该控制器控制该伺服电机开始转动。
13.如权利要求12的投篮控制方法，其特征在于，步骤S11之前还包括以下步骤: . S111、一第一光传感器在水平方向上检测到该待投发光物，该控制器控制移动装置向该待投发光物方向移动。
14.如权利要求11的投篮控制方法，其特征在于，步骤S1与S2之间还包括以下步骤: .521、一位置检测装置检测到该机器人与比赛场地各边框之间的距离以及方位角度，该控制器控制移动装置向篮框方向移动； . 522、两个第二触碰开关均检测到篮框，该投篮电机开始转动。
【文档编号】A63H13/02GK103446763SQ201310421855
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年9月16日 优先权日:2013年9月16日
【发明者】黄国柒, 黄佳晨, 庞作伟 申请人:上海未来伙伴机器人有限公司