本发明涉及台球运动领域，尤其涉及一种用于控制台球击球杆自动击球的系统及方法。
背景技术：
台球运动作为一种体育运动，由于其较高的娱乐性，其在整个试驾范围内广泛流行。
现有的台球运动中，通常需要两人一起才能完成，且需要击球双方自己控制击球的力度和控制击球方向进行击球。对双方的击球技巧性都有一定的要求，否则很难控制击球力度的准确性和击球方向的准确性。对于一项需要两人完成的运动，当一人想进行台球娱乐运动或想在一定时间内进行高强度的练球，或者一新手想练球时，很难短时间内找到与其合适的对手。因此，不利于提高该项运动的娱乐普及性。
因此，目前亟需一种用于控制台球击球杆自动击球的系统，有利于控制台球击球杆自动击球，实现台球运动中的人机对抗。
技术实现要素：
有鉴于此，本申请提供一种用于控制台球击球杆自动击球的系统及方法，有利于自动控制台球击球杆击球，实现台球运动中的人机对抗。
本申请提供一种用于控制台球击球杆自动击球的系统，包括：
数据获取模块，用于实时获取台球桌面的信息，包括：各个台球的位置坐标信息，各个台球之间的位置关系信息，各个台球与球洞之间的位置关系信息；
数据分析模块，用于根据所述台球桌面的信息，分析并获取击球点位置坐标、击球方向、运球轨迹、运球距离；
动量控制模块，用于根据所述击球点位置坐标、击球方向、运球轨迹、运球距离，获取击球时球所需运动的初速度；
机械臂控制模块，用于根据所述击球时球所需运动的初速度、所述击球点位置坐标、击球方向控制与其连接的击球杆击球。
由上，有利于在台球人机对抗赛中自动控制击球杆击球。
优选地，所述击球杆的结构包括：
击球杆杆体；
击球杆驱动器；通过一动量电机与击球杆连接；其中，所述击球杆驱动器还与机械臂控制模块连接；
击球气动执行装置；与所述击球杆杆体连接；
其中，所述击球杆杆体包括：
击球杆外壳；
击球中轴杆，可滑动地套设于所述击球杆外壳内部空腔的前端；
弹簧变位杆，设置于所述内部空腔的后端，与所述动量电机连接；
弹簧变位挡母，螺纹连接于所述弹簧变位杆上；其中，所述弹簧变位挡母的外边缘设置有凸起；
引导套，套设于所述弹簧变位杆及所述弹簧变位挡母外，且所述引导套的内壁上设置滑轨，以使所述弹簧变位挡母上设置的所述凸起可滑动地卡设于所述滑轨内；
弹簧，设置于所述击球中轴杆与所述弹簧变位挡母之间；
排气接头，设置于所述击球杆外壳上，且与所述内部空腔连通；
进气接头，设置于所述击球杆外壳上，且与设置于所述击球杆中的气缸密封腔连通；
其中，所述进气接头外接所述击球气动执行装置。
由上，通过进气接头向与其连通的气缸密封腔进气加载，压缩气体从排气接头排除，从而使得击球中轴杆被压缩至排气接头位置，通过加载、排气达到平衡，使得弹簧被压缩至击球中轴杆末端与变位挡母之间。当上述结构中的击球杆驱动器接到主控程序发来的动量信号后发出指令脉冲给动量电机；该动量电机带动弹簧变位杆旋转，使得与其螺纹连接的弹簧变位挡母(该弹簧变位挡母螺纹连接于其上)在其上(同时其移动范围也控制在螺纹挡母引导套内)向击球中轴杆方向移动(弹簧变位挡母上设置的凸起，该凸起嵌设于所述引导套内壁滑轨内，且可沿该滑轨滑动)(也可以前后移动)；通过改变弹簧压缩长度达到控制击球动量。当气缸密封腔卸载时，在弹簧推力下击球杆瞬间弹出，完成击球动作。
优选地，所述机械臂控制模块包括：
位姿分析子模块，用于根据所述击球点位置坐标、击球方向、击球杆当前的位姿，获取机械臂的各电机的旋转角度并将该旋转角度转换为对应的指令脉冲发给各电机驱动器，以调整与机械臂链接的击球杆的击球位姿。
由上，通过上述位置分析模块可以获取击球杆击球的位置及方向，有利于进一步地据此控制击球杆击球。
优选地，所述机械臂控制模块还包括：
进气控制子模块，用于控制所述击球气动执行装置启动进行进气加载，以将击球中轴杆的位置压缩至排气接头处。
优选地，所述机械臂控制模块还包括：
动量分析子模块，用于根据所述动量控制模块获取的击球时球所需运动的初速度计算出弹簧所需位移压缩量，进而换算成电机旋转角度并将旋转角度转换为对应的指令脉冲发给动量击球杆的电机轴驱动器；
其中，弹簧所需位移压缩量的计算公式为：
x＝1.414(mv/K)×1/2
其中，m是指击球杆惯性质量；K:弹簧弹性系数；V是指球所需运动的初速度；
其中，电机旋转角度的计算公式为：
θ＝360×n
其中，n＝x/t；
其中，θ为电机旋转角度；x为弹簧压缩量；t：电机轴螺距；n:电机所转的圈数。
由上，有利于据此进行弹簧压缩，以控制对击球杆击球的力度，以使击球时球以所述初速度进行运动。
优选地，所述机械臂控制模块还包括：
击球控制子模块，用于在获取到各电机轴脉冲编码器反馈的指令脉冲执行信息达到击球指标后，给动量击球杆的气动执行装置发出卸载指令以完成击球动作。
由上，各电机轴脉冲编码器反馈的指令脉冲执行信息达到击球指标包括：调整与机械臂链接的击球杆的击球位姿达到指定标准；以及弹簧压缩量(电机旋转角度)达到指定标准。此时，给动量击球杆的气动执行装置发出卸载指令，当气缸密封腔卸载时，在弹簧推力下击球杆瞬间弹出，完成击球动作。
优选地，所述击球中轴杆前端设置有一加速度传感器。
由上，通过上述加速度传感器可以获取得到击球时的瞬时加速度。
优选地，所述系统还包括：
动量与加速度信息分析模块，用于将所述加速度传感器反馈的加速度信息转换成电机旋转角度并与击球前的电机旋转角度进行对比分析求得偏差修正值；
其中，电机旋转角度的计算公式为：
θ＝360×x/t
其中，x＝-ma/K
其中，θ为电机旋转角度；a是指加速度；x为弹簧压缩量；t：电机轴螺距；K:弹簧弹性系数。
由上，通过获取偏差修正值，有利于进一步地据此进行相关的修正，以进行更精确的击球。
优选地，所述机械臂控制模块还包括：
偏差修正子模块，用于根据所述偏差修正值对动量分析子模块中的电机旋转角度与指令脉冲之间的转换进行修正。
由上，通过上述修正，有利于更精确的击球。
本申请还提供一种用于控制台球击球杆自动击球的方法，包括：
A、获取台球桌面的信息，包括：各个台球的位置坐标信息，各个台球之间的位置关系信息，各个台球与球洞之间的位置关系信息；
B、根据所述台球桌面的信息，分析并获取击球点位置坐标、击球方向、运球轨迹、运球距离；
C、根所述击球点位置坐标、击球方向、运球轨迹、运球距离，获取击球时球所需运动的初速度；
D、根据击球时球所需运动的初速度、所述击球点位置坐标、击球方向控制与其连接的击球杆击球；
其中，所述步骤D之后还包括：
E、获取击球后反馈的加速度信息；
F、将所述加速度信息转换成电机旋转角度并与击球前的电机旋转角度进行对比分析求得偏差修正值；
G、根据所述偏差修正值对动量分析子模块中的电机旋转角度与指令脉冲之间的转换进行修正。
综上所述，本申请通过对台球桌面信息的获取及分析，并进一步的实现在台球人机对抗赛中自动控制击球杆击球。并且，本申请还可以进行偏差修正，有利于更精确地实现在台球人机对抗赛中自动控制击球杆击球。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种用于控制台球击球杆自动击球的系统的结构示意图；
图2a为本申请实施例提供的一种击球杆的结构示意图；
图2b为本申请实施例提供的一种击球杆的结构的局部(气缸密封腔及加速度传感器)放大示意图；
图2c为本申请实施例提供的弹簧变位挡母及引导套的示意图；
图2d为本申请实施例提供的弹簧变位挡母及弹簧变位杆的处的剖示图；
图3为本申请实施例提供的一种用于控制台球击球杆自动击球的方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图对本申请进行说明。
实施例一
如图1所示，本申请提供一种用于控制台球击球杆自动击球的系统，包括：
数据获取模块110，用于实时获取台球桌面的信息，包括：各个台球的位置坐标信息，各个台球之间的位置关系信息，各个台球与球洞之间的位置关系信息；
数据分析模块120，用于根据所述台球桌面的信息，分析并获取击球点位置坐标、击球方向、运球轨迹、运球距离；
动量控制模块130，用于根据所述击球点位置坐标、击球方向、运球轨迹、运球距离，计算出击球所需的动量；
机械臂控制模块140，用于根据所述击球所需的动量、所述击球点位置坐标、击球方向控制与其连接的击球杆击球。
其中，如图2a-2d所示，所述击球杆的结构包括：
击球杆杆体；
击球杆驱动器；通过一动量电机220与击球杆连接；其中，所述击球杆驱动器还与机械臂控制模块140连接；
击球气动执行装置；与所述击球杆杆体连接；
其中，所述击球杆杆体包括：
击球杆外壳211；
击球中轴杆212，可滑动地套设于所述击球杆外壳内部空腔218的前端；
弹簧变位杆213，设置于所述内部空腔218的后端，与所述动量电机连接；
弹簧变位挡母214，螺纹连接于所述弹簧变位杆213上；其中，所述弹簧变位挡母214的外边缘设置有凸起2141；
引导套215，套设于所述弹簧变位杆213及所述弹簧变位挡母214外，且所述引导套215的内壁上设置滑轨2151，以使所述弹簧变位挡母上设置的所述凸起2141可滑动地卡设于所述滑轨2151内；
弹簧216，设置于所述击球中轴杆212与所述弹簧变位挡母之间；
排气接头217，设置于所述击球杆外壳上，且与所述内部空腔218连通；
进气接头219，设置于所述击球杆外壳上，且与设置于所述击球杆中的气缸密封腔2110连通；
其中，所述进气接头外接所述击球气动执行装置；
其中，所述击球中轴杆前端设置有一加速度传感器2111。
其中，所述机械臂控制模块140包括：
位姿分析子模块141，用于根据所述击球点位置坐标、击球方向、击球杆当前的位姿，获取机械臂的各电机的旋转角度并将该旋转角度转换为对应的指令脉冲发给各电机驱动器，以调整与机械臂链接的击球杆的击球位姿。
进气控制子模块142，用于控制所述击球气动执行装置启动进行进气加载，以将击球中轴杆的位置压缩至排气接头处。
动量分析子模块143，用于根据所述动量控制模块获取的击球时球所需运动的初速度计算出弹簧所需位移压缩量，进而换算成电机旋转角度并将旋转角度转换为对应的指令脉冲发给动量击球杆的电机轴驱动器；
其中，弹簧所需位移压缩量的计算公式为：
x＝1.414(mv/K)×1/2
其中，m是指击球杆惯性质量；K:弹簧弹性系数；V是指球所需运动的初速度；
其中，电机旋转角度的计算公式为：
θ＝360×n
其中，n＝x/t；
其中，θ为电机旋转角度；x为弹簧压缩量；t：电机轴螺距；n:电机所转的圈数。
击球控制子模块144，用于在获取到各电机轴脉冲编码器反馈的指令脉冲执行信息达到击球指标后，给动量击球杆的气动执行装置发出卸载指令以完成击球动作。其中，各电机轴脉冲编码器反馈的指令脉冲执行信息达到击球指标包括：调整与机械臂链接的击球杆的击球位姿达到指定标准；以及弹簧压缩量(电机旋转角度)达到指定标准。此时，给动量击球杆的气动执行装置发出卸载指令，当气缸密封腔卸载时，在弹簧推力下击球杆瞬间弹出，完成击球动作。
动量与加速度信息分析模块150，用于将所述加速度传感器反馈的加速度信息转换成电机旋转角度并与击球前的电机旋转角度进行对比分析求得偏差修正值；
其中，电机旋转角度的计算公式为：
θ＝360×x/t
其中，x＝-ma/K
其中，θ为电机旋转角度；a是指加速度；x为弹簧压缩量；t：电机轴螺距；K:弹簧弹性系数。
其中，所述机械臂控制模块还包括：
偏差修正子模块145，用于根据所述偏差修正值对动量分析子模块中的电机旋转角度与指令脉冲之间的转换进行修正。
为了更清楚地描述本申请的技术方案，现将本申请的一种在台球人机对抗赛中控制击球杆击球的系统的工作原理说明如下：
通过数据获取模块110实时获取(例如通过摄像头扫描获取)台球桌面的信息(包括：各个台球的位置坐标信息，各个台球之间的位置关系信息，各个台球与球洞之间的位置关系信息等)。
通过数据分析模块120根据所述台球桌面的信息，分析并获取击球点位置坐标、击球方向、运球轨迹、运球距离。
通过动量控制模块130根据所述击球点位置坐标、击球方向、运球轨迹、运球距离，获取击球时球所需运动的初速度；
通过位姿分析子模块141根据所述击球点位置坐标、击球方向以及击球杆当前的位姿，获取机械臂的各电机的旋转角度并将该旋转角度转换为对应的指令脉冲发给机械臂的各电机驱动器，以调整与机械臂连接的击球杆的击球位姿。
进气控制子模块142控制所述击球气动执行装置启动进行进气加载，以将击球中轴杆的位置压缩至排气接头处。具体地通过进气接头向与其连通的气缸密封腔进气加载，压缩气体从排气接头排除，从而使得击球中轴杆被压缩至排气接头位置，通过加载、排气达到平衡，使得弹簧被压缩至击球中轴杆末端与变位挡母之间。(该步骤的目的是为了使击球中轴杆在气压的作用下(其后端)固定在排气接头处)
通过动量分析子模块143根据所述动量控制模块获取的击球时球所需运动的初速度计算出击球杆的弹簧所需位移压缩量，进而换算成电机旋转角度并将旋转角度转换为对应的指令脉冲发给击球杆的电机轴驱动器。电机轴驱动器将该指令发送给动量电机。该动量电机带动弹簧变位杆213旋转(旋转的角度通过前述的计算获得)，使得与其螺纹连接的弹簧变位挡母214(该弹簧变位挡母螺纹连接于其上)在其上(同时其移动范围也控制在螺纹挡母引导套内)向击球中轴杆3方向移动至一位置(弹簧变位挡母上设置的凸起于所述引导套内壁滑轨内滑动)(该位置根据旋转的角度而定)。
击球控制子模块144，在获取到各电机轴脉冲编码器反馈的指令脉冲执行信息后，给动量击球杆的气动执行装置发出卸载指令以完成击球动作。
在所述击球中轴杆前端设置的加速度传感器221获取加速度信息。
动量与加速度信息分析模块150，用于将所述加速度传感器反馈的加速度信息转换成电机旋转角度并与击球前的电机旋转角度进行对比分析求得偏差修正值。
偏差修正子模块145，用于根据所述偏差修正值对动量分析子模块中的电机旋转角度与指令脉冲之间的转换进行修正。以使得下一次的击球更加精确。
综上所述，本申请通过对台球桌面信息的获取及分析，得到击球点位置坐标、击球方向以及计算出击球所需的动量，以实现在台球人机对抗赛中自动控制击球杆击球。并且，本申请还可以进行偏差修正，有利于更精确地实现在台球人机对抗赛中自动控制击球杆击球。
实施例二
如图3所示，本申请还提供一种用于自动控制台球击球杆击球的方法，包括：
S301，获取台球桌面的信息，包括：各个台球的位置坐标信息，各个台球之间的位置关系信息，各个台球与球洞之间的位置关系信息；
S302，根据所述台球桌面的信息，分析并获取击球点位置坐标、击球方向、运球轨迹、运球距离；
S303，根所述击球点位置坐标、击球方向、运球轨迹、运球距离，获取击球时球所需运动的初速度；
S304，根据击球时球所需运动的初速度、所述击球点位置坐标、击球方向控制与其连接的击球杆击球；
其中，所述步骤D之后还包括：
S305，获取击球后反馈的加速度信息；
S306，将所述加速度信息转换成电机旋转角度并与击球前的电机旋转角度进行对比分析求得偏差修正值；
S307，根据所述偏差修正值对动量分析子模块中的电机旋转角度与指令脉冲之间的转换进行修正。
并返回执行步骤S301，以进行下一台球的击球。
综上所述，本申请通过对台球桌面信息的获取及分析，得到击球点位置坐标、击球方向以及计算出击球所需的动量，以实现在台球人机对抗赛中自动控制击球杆击球。并且，本申请还可以进行偏差修正，有利于更精确地实现在台球人机对抗赛中自动控制击球杆击球。
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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。