一种基于视觉的高尔夫捡球机器人的制作方法

本发明涉及机器人领域，具体涉及一种基于视觉的高尔夫捡球机器人。

背景技术：

高尔夫运动是一种能够把享受大自然乐趣和体育锻炼融为一体的阳光运动，在西方国家已经实现平民化，在2016年的约热内卢奥林匹克运动会中，高尔夫球又再次回到了奥林匹克运动场，所以发展高尔夫运动大势所趋。但想要打好高尔夫球则需要很长的练习经验，特别是练好挥杆，所以需要在专门的高尔夫练习场进行练习。当高尔夫练习场许多人长时间进行高尔夫运动练习时，将会打出较多的高尔夫球，而高尔夫球是可以回收再利用的，那么捡球就成了一个较为麻烦的问题。高尔夫球不同乒乓球、排球等质轻球，它具有表面光滑，质量较重的特点，所以对捡拾工具要求较高，要克服捡拾时的防滑和较大动力去捡球等困难。在当前情况下，许多高尔夫球捡球方式采用的是人工球童进行捡球并运用如专利申请号为201610709008.4、专利名称为一种高尔夫球捡球车，及专利申请号为201510187438.x、专利名称为高尔夫球捡球车等捡球辅助工具来实现捡球操作，此类捡球方式是通过人驾驶捡球车进行捡球，这种方式只适用于超大型球场，不仅会对球场草萍造成破坏，还都需要有人工参与，大大增加了人力成本，并具有捡球效率低的缺点。国外对高尔夫球捡球方式进行研究开发中，由大型自动化维修服务厂商truebots制造的“theballpicker”捡球机器人最为先进，其采用的模式是家用的扫地机器人工作模式，通过对高尔夫球场进行“盲扫”的方式进行捡球虽自动化程度较高，漏捡率也比较高，但对场地要求也极高，只适应于十分平整的高尔夫球场。因此，研制一种不仅能适用于各种高尔夫场地、智能化程度高、捡球效率高，又节约成本的高尔夫捡球机器人具有最好的应用前景。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种基于视觉的高尔夫捡球机器人，该捡球机器人能够对多种不同条件下的高尔夫运动场内散落的高尔夫球进行高效快速回收。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于视觉的高尔夫捡球机器人，包括依次设置的捡球装置和装球箱体，以及设置在装球箱体内的主控mcu、供电单元和牵引单元；所述捡球装置顶部还设有打球装置，打球装置顶部设有视觉检测装置；所述装球箱体上设有捡球机械手臂，装球箱体上还设有用于捡球机械手臂捡球后将球投入装球箱体的开口，装球箱体底部、与捡球机械手臂相近的一端还设有放球装置；所述打球装置、视觉检测装置、捡球机械手臂、放球装置、供电单元和牵引单元均与主控mcu相连。

具体的说，所述捡球装置包括捡球辊，以及设置在捡球辊外部并与装球箱体相接的机械壳；所述捡球棍包括两端与机械壳连接的固定轴，以及均匀套接在固定轴上的多个捡球棍鼓片；所述每个捡球棍鼓片上还以中部为中心均匀对称设有四个圆形通孔，且所有捡球棍鼓片采用四根连杆分别贯穿捡球棍鼓片上的通孔而串联连接，每相邻两捡球棍鼓片之间形成一个捡球道；所述机械壳底部设有进球口，机械壳侧面、与装球箱体相接处设有出球口。

具体的说，所述打球装置安装在机械壳顶部，包括与机械壳相切且与固定轴平行设置的转动轴，设置在转动轴上且截面呈十字交叉形的四组打球组，分别与转动轴两端相连并带动转动轴转动的两台连轴同步电机，以及罩在打球组外侧且与机械壳固定相接的打球壳体；所述每组打球组均包含与捡球道数量匹配的打球片，且每片打球片到固定轴的最小距离大于连杆到固定轴的距离，以打落捡球道上的高尔夫球；所述两台连轴同步电机均与主控mcu相连。

具体的说，所述视觉检测装置包括设置在打球壳体上方的壳体，以及设置在壳体内且均可进行360°自由转动的两个双目摄像头，所述每个双目摄像头均与主控mcu相连。

更具体的说，所述供电单元包括电压转换器，与电压转换器相连的充放电保护电路，与充放电保护电路模块相连的蓄电池；所述电压转换器的输入端接有直流电源和太阳能电池板；所述电压转换器和蓄电池还均与主控mcu相连，用于给整个机器人提供电源。

进一步的，所述牵引单元包括设置在装球箱体底部、用于带动整个捡球机器人移动的两个前车轮和两个后车轮，设置在装球箱体内底部并与两个前车轮和固定轴相连牵引电机；所述牵引电机与主控mcu相连。

进一步的，所述捡球机械手臂包括一端设置在装球箱体上的连接臂，以及连接臂另一端上依次连接的至少一节活动臂，设置在连接臂与捡球装置连接处、可实现水平转动270°的第一舵机，以及设置在连接臂与活动臂连接处和/或相邻活动臂连接处、可实现720°转动的第二舵机；所述第一舵机和每个第二舵机均与主控mcu相连。

更进一步的，所述放球装置包括活动放球板和伸缩杆；所述伸缩杆的一端与活动放球板一端相连，伸缩杆另一端与装球箱体侧面底部相连；所述活动放球板的另一端则与装球箱体底部可转动连接。

更进一步的，所述捡球机器人还包括用于检测装球箱体内球是否装满的激光传感器，所述激光传感器设置在装球箱体内壁上部并与主控mcu相连。

优选的，所述捡球机器人还包括避障单元，且该避障单元包括均与主控mcu相连的障碍物传感器和转动电机，所述障碍物传感器设置在机械壳前方，所述转动电机设置在装球箱体内并与前车轮相连。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

与现有高尔夫球捡球方式采用的是人工球童进行捡球和运用辅助工具包括高尔夫球捡球车等进行捡球相比，本发明极大的减少了人力资源的投入，克服了捡球车对高尔夫场地的草萍造成破坏问题，同时加上机器视觉技术和机械手臂能够更好的克服漏捡问题。

附图说明

图1为本发明捡球机器人结构示意图。

图2为本发明捡球辊结构示意图。

图3为本发明捡球辊鼓片结构示意图。

图4为本发明装球箱体底部示意图。

图5为本发明捡球辊与打球片相嵌示意图。

图6为本发明捡球示意图。

其中，附图标记对应的名称为：

1-捡球装置，11-机械壳，12-固定轴，13-捡球辊鼓片，14-通孔，15-连杆，16-捡球道，17-进球口，18-出球口，2-装球箱体，3-打球装置，31-转动轴，32-打球组，33-连轴同步电机，34-打球壳体，35-打球片，4-视觉检测装置，41-壳体，42-双目摄像头，5-捡球机械手臂，51-连接臂，52-活动臂，53-第一舵机，54-第二舵机，6-放球装置，61-活动放球板，62-伸缩杆，7-前车轮，8-后车轮，9-激光传感器。

具体实施方式

下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。

本实施例的目的是为了提供一种不仅能适用于各种高尔夫场地、智能化程度高、捡球效率高，还节约成本的高尔夫捡球机器人。

如图1所示，一种基于视觉的高尔夫捡球机器人，包括左边的捡球装置1和右边的装球箱体2；其中，所述捡球装置的截面呈圆形，且捡球装置右上方设有带动捡球装置转动以便于捡球装置捡球的打球装置3，打球装置顶上设有用于观察高尔夫球场地内情况的视觉检测装置4；为了使视觉检测装置4观察效果更好，所述装球箱体2截面的右边为弧形结构。

所述装球箱体2主要用于放置捡回的高尔夫球。装球箱体内底部设有用于控制整个捡球机器人的主控mcu，给整个捡球机器人供电的供电单元，以及带动整个捡球机器人移动的牵引单元；装球箱体上的弧形结构处还设有捡球机械手臂5，而装球箱体底部、与捡球机械手臂相近的一端还设有放球装置6。为了便于控制，所述打球装置3、视觉检测装置4、捡球机械手臂5、放球装置6、供电单元和牵引单元均与主控mcu相连。

如图1和图4所示，装球箱体2上方设有用于捡球机械手臂捡球后将球投入装球箱体的开口，底部是光滑的固定板，且固定板两边略高于中间；装球箱体2底部还设有放球装置6，该放球装置包括活动放球板61和伸缩杆62；所述伸缩杆62的一端与活动放球板一端相连，伸缩杆另一端与装球箱体2右侧底部相连；所述活动放球板61的另一端则与装球箱体2底部的固定板可转动连接。当正常装球时，因高尔夫球具有表面光滑、质量较重的特点，球将从固定板边上自由滚到活动放球板61尾部，且在整个捡球过程中捡球机器人不断运动，使得高尔夫球能够严密整齐的存放在装球箱体内。当装球装满时回到高尔夫球回收处放球时，尾部伸缩杆伸展，可使活动放球板61尾部往下，至使高尔夫球滚出，则完成回收处放球过程。

如图1所示，所述视觉检测装置4包括设置在打球壳体上方的壳体41，以及设置在壳体内且均可进行360°自由转动的两个双目摄像头42，所述每个双目摄像头均与主控mcu相连。在采用本实施例的高尔夫捡球机器人捡球时，通过视觉检测装置采集视频信息并传送至主控mcu来判断球场上是否具有高尔夫球是实现捡球的第一步，因此，本实施例一般将双目摄像头设置为先逆时针后顺时针循环，来达到检测整个球场的目的。

如图1所示，所述捡球装置1包括捡球辊，以及设置在捡球辊外部并与装球箱体相接的机械壳11；所述机械壳11底部设有进球口17，机械壳右侧、与装球箱体2相接处设有出球口18，以便于捡起的高尔夫球在通过捡球装置捡起后可顺利滚落到装球箱体中。所述捡球棍如图2所示，包括两端与机械壳前后两圆形侧壁连接的固定轴12，以及均匀套接在固定轴上的二十一个捡球棍鼓片13；如图3所示，所述每个捡球棍鼓片13中部均有一个用于套接到固定轴上的套孔，而在捡球棍鼓片13上围绕套孔设有四个圆形通孔14，该四个圆形通孔的首尾连接线呈正四方形，且该四方形对角线交叉点与套孔中心重合，每相邻两捡球棍鼓片之间形成了一个捡球道16；此外，二十一个捡球棍鼓片采用四根连杆15分别贯穿捡球棍鼓片上的通孔而串联连接，可使整个捡球辊稳定性更好。并且，捡球棍鼓片是采用高耐磨超强韧的pu一体压制而成，耐磨性能好，使用寿命长。

如图1和图5所示，本实施例还专门设置了打球装置，所述打球装置3安装在机械壳11右上方，包括与机械壳相切且与固定轴12平行设置的转动轴31，设置在转动轴上且截面呈十字交叉形的四组打球组32，分别与转动轴两端相连并带动转动轴转动的两台连轴同步电机33，以及罩在打球组外侧且与机械壳固定相接的打球壳体34；所述每组打球组均包含二十片打球片35，且一一对应于捡球棍上的二十个捡球道16，每片打球片到固定轴的最小距离大于连杆到固定轴的距离，即所述打球片35与捡球辊相嵌设置，以便于打落卡在捡球道中的高尔夫球；所述两台连轴同步电机均与主控mcu相连。

为了使捡球操作顺利实行，所述供电单元包括电压转换器，与电压转换器相连的充放电保护电路，与充放电保护电路模块相连的蓄电池；所述电压转换器的输入端接有直流电源和太阳能电池板；所述电压转换器和蓄电池还均与主控mcu相连，用于给整个机器人提供电源。通过外部电源供电、太阳能供电或蓄电池供电，均可满足机器人的用电需求。

为了使捡球机器人能顺利移动到待捡高尔夫球所在的位置，所述牵引单元包括设置在装球箱体底部、用于带动整个捡球机器人移动的两个前车轮7和两个后车轮8，设置在装球箱体内底部并与两个前车轮和固定轴相连牵引电机；所述牵引电机与主控mcu相连。

所述捡球机械手臂5则是为了辅助捡球，包括一端设置在装球箱体上弧形结构处的连接臂51，以及连接臂另一端上连接的活动臂52，设置在连接臂与捡球装置连接处、可实现水平转动270°的第一舵机53，以及设置在连接臂与活动臂连接处可实现720°转动的第二舵机54；所述第一舵机和每个第二舵机均与主控mcu相连。通过视觉传感器采集的视频信息发现已经实施过捡球的地点仍然有高尔夫球，则主控mcu通过舵机来驱动捡球机械手臂，即可实施捡球。

此外，所述捡球机器人还包括用于检测装球箱体2内球是否装满的激光传感器9，所述激光传感器9设置在装球箱体内壁上部并通过数据传输线与主控mcu相连，当检测到球满时，则主控mcu结束整个捡球过程，并通过牵引单元驱动捡球机器人向高尔夫球回收处运动。

本实施例的捡球机器人捡球的具体步骤如下：

1)通过视觉检测装置采集的视频信息并发送至主控mcu，并判断得知区域a发现有高尔夫球。

2)主控mcu发送信息至牵引单元，牵引单元通过牵引电机带动整个捡球机器人向a处的高尔夫球地点运动，并通过捡球装置实施捡球。捡球装置捡球时，高尔夫球被捡球辊上任意两片捡球辊鼓片夹住，从区域a夹住依次通过区域b再到打球片区域c，再经打球片将球打入到装球箱体中，依次从区域c到区域d再到区域e，即完成捡球。

3)通过视觉检测装置采集的视频信息发现已经实施过捡球地点仍然有高尔夫球，如图6中区域g，则主控mcu通过舵机带动捡球机械手臂实施捡球，将高尔夫球从区域g捡起从装球箱体上方缺口放入，依次从区域g到区域d再到区域e。

通过上述方式，本发明能够实现高效自动化捡球，提高练习场高尔夫球的使用率，减少高尔夫球练习场人力成本。

实施例2

本实施例是在实施例1的基础上做的进一步改进，即在实施例1的基础上新增了一个避障单元，所述避障单元包括均与主控mcu相连的障碍物传感器和转动电机，所述障碍物传感器设置在机械壳前方，所述转动电机设置在装球箱体内并与前车轮相连，可带动前车轮转弯以避开障碍物。

上述实施例仅为本发明的优选实施方式，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。