具有位置补偿的捕获装置及方法与流程

本发明涉及机电领域，特别涉及一种具有位置补偿的捕获装置及方法。

背景技术：

对空中下落运动目标的捕获，由于目标下落过程中受多种因素综合影响，需要实时跟踪定位，判断目标的落点区域，捕获装置极短时间内迅速向落点区域靠近，并根据跟踪的目标轨迹以及实时修正的落点区域实时修正捕获装置自身的运动路径，最终在落点区域捕获目标。

捕获装置在落点区域制动后，在惯性的作用下继续滑动，难以精确的制动在最佳落点，在惯性大滑动位移大的情况下更是难以捕获目标。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的捕获装置在落点区域制动后，在惯性的作用下继续滑动，难以精确的制动在最佳落点，在惯性大滑动位移大的情况下更是难以捕获目标的上述不足，提供一种具有位置补偿的捕获装置及方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种具有位置补偿的捕获装置，包括驱动系统、控制系统和设有至少一个行走轮的底盘，还包括：

目标机构，用于截获目标；

移动机构，设于所述底盘上，连接所述目标机构，所述移动机构用于带动所述目标机构在所述底盘上移动；

反馈机构，设于所述底盘上，包括运动检测部件和正交全向轮部件，所述正交全向轮部件连接所述运动检测部件，所述反馈机构用于获取所述底盘与所述目标的偏差值，并且将所述偏差值反馈给所述控制系统；

其中，所述控制系统包括处理模块和与其连接的通信模块，所述通信模块用于外部通信，并连接所述反馈机构，所述驱动系统分别带动所述移动机构和每个所述行走轮各自的工作或者运动，所述控制系统接收所述偏差值以及控制所述驱动系统的启闭；所述目标机构运动的范围不局限于所述底盘的尺寸大小，而是取决于所述移动机构展开的尺寸大小。

采用本发明所述的具有位置补偿的捕获装置，控制系统控制驱动系统带动底盘向目标的落点移动，在行走轮制动后，底盘在惯性的作用下滑动，此时运动检测部件在正交全向轮部件的带动下记录并向控制系统反馈惯性移动路径，控制系统控制驱动系统带动移动机构工作，使目标机构沿运动检测部件记录路径的反方向运动，在落点处捕获目标，即虽然该装置在目标落点处惯性滑动，但反馈机构记录并反馈滑动路径给控制系统，同时控制系统使目标机构在底盘上运动，目标机构相对落点静止，以便捕获目标，该装置结构简单紧凑，反馈实时响应快，能够精确控制目标机构于目标落点。

优选地，所述移动机构包括横移组件和纵移组件，所述横移组件设于所述底盘上，所述纵移组件设于所述横移组件上，所述目标机构设于所述纵移组件上。

优选地，所述横移组件和所述纵移组件正交设置。

采用这种结构设置，控制系统控制目标机构运动时输出路径为XY坐标，能够简化控制系统运算量，减小输出所需时间，提高移动机构响应速度。

优选地，所述横移组件包括带轮系统一，所述带轮系统一包括直线导轨一、滑块一、皮带一和皮带轮一，所述导轨一设于所述底盘上，所述导轨一适配所述滑块一，所述滑块一连接所述皮带一，所述皮带一适配所述皮带轮一，所述驱动系统带动所述皮带轮一。

采用这种结构设置，带轮系统结构简单，响应速度快，运动精度高，便于采购，成本低廉。

优选地，所述纵移组件包括带轮系统二，所述带轮系统二包括直线导轨二、滑块二、皮带二和皮带轮二，所述导轨二设于所述滑块一上，所述导轨二适配所述滑块二，所述滑块二连接所述皮带二，所述皮带二适配所述皮带轮二，所述驱动系统带动所述皮带轮二，所述目标机构设于所述滑块二上。

采用这种结构设置，带轮系统结构简单，响应速度快，运动精度高，便于采购，成本低廉。

优选地，所述带轮系统一还包括直线导轨三和与其适配的滑块三，所述导轨三设于所述底盘上且平行于所述导轨一，所述滑块三连接所述导轨二。

采用这种结构设置，能够增加纵移组件滑动连接于横移组件的结构稳定性，保证移动机构运动时整个装置运行的平滑稳定，不至于失稳。

优选地，所述运动检测部件包括编码器和陀螺仪，所述编码器用于测量所述底盘直线位移，所述陀螺仪用于测量所述底盘转动角度。

优选地，所述编码器为绝对值编码器，用于测量所述底盘直线位移的绝对值。

采用绝对值编码器，其记录的每一个位置绝对唯一、抗干扰性能好、无需掉电记忆，广泛应用于位移测量、定位控制和实时反馈等方面。

优选地，所述正交全向轮部件包括两个90度全向轮，两个所述90度全向轮的轮毂呈正交设置，两个所述90度全向轮均连接于所述底盘，每个所述90度全向轮对应连接一个所述运动检测部件，其中所述运动检测部件的检测轴连接对应所述90度全向轮的轮毂，并使所述检测轴和所述轮毂同步转动。

采用这种结构设置，正交的两个所述运动检测部件对应的是平面内两个坐标轴，即X轴和Y轴，这样便于所述控制系统简化数据处理模式，减少数据处理量，提高输出效率，减少响应时间，便于确定底盘处于平面的位置信息。

优选地，每个所述行走轮为麦克纳姆轮或者90度全向轮。

采用这种结构设置，能够实现底盘不转弯下的全向移动，使底盘全向移动迅速准确，节约整体装置的启动和制动响应时间。

优选地，所述驱动系统包括与所述皮带轮一、所述皮带轮二以及每个所述行走轮分别对应的驱动部件，每个所述驱动部件固定连接于对应的支架，所有所述支架连接所述底盘，每个所述驱动部件的输出轴连接对应的轮轴。

优选地，每个所述驱动部件均为无刷伺服电机。

采用无刷伺服电机，其效率高、能耗低、噪音低、使用寿命长、可靠性良好、能够无级变频调速、相对低成本且简单易用，加上伺服系统后，可形成闭环控制系统，系统有反馈，使得整体控制更加精确。

优选地，所述处理模块包括单片机。

优选地，所述通信模块包括蓝牙。

优选地，所述底盘和所有所述支架均为铝合金材质结构件，便于满足该装置结构强度的前提下减轻该装置的整体重量。

优选地，所述正交全向轮部件和每个所述行走轮均与所述底盘之间设有悬挂装置。

采用这种结构设置，使正交全向轮部件和行走轮均能自行调节上下位置高度，即使在凹凸不平的地面也实时适配接触所处地面，保证行走轮与地面间的摩擦力，不至于哪一侧打滑失稳造成底盘侧移或者旋转偏颇，同时悬挂装置能够保证底盘在凹凸不平的地面运行时或者启动制动时的抖动迅速回复平稳。

优选地，该装置还包括机壳，所述机壳包覆所述底盘、所述移动机构和所述目标机构。

本发明还提供了一种如以上任一所述的具有位置补偿的捕获装置的补偿方法，包括以下步骤：

A、控制系统实时获取目标的落点区域，并控制驱动系统带动底盘向所述落点区域移动并实时修正；

B、当所述底盘移动至在所述落点区域处，制动所有行走轮，所述底盘在惯性的作用下继续滑动；

C、正交全向轮部件在所述底盘启动制动所有所述行走轮并惯性移动时期继续工作，使运动检测部件继续实时工作，所述运动检测部件将实时检测的所述底盘与所述目标的偏差值反馈给所述控制系统；

D、所述控制系统处理所述偏差值，并控制所述驱动系统带动移动机构工作，所述移动机构带动目标机构移动截获所述目标。

采用本发明所述的具有位置补偿的捕获装置的补偿方法，虽然该装置在目标落点处惯性滑动，但反馈机构记录并反馈滑动路径给控制系统，同时控制系统使目标机构在底盘上运动，目标机构相对落点静止，以便捕获目标；运动检测部件实时自动记录并反馈数据，控制系统自动处理并输出数据，控制系统控制驱动系统和移动机构实时做出相应动作，实现了截获目标全程自动化，该方法原理清晰，步骤简单，响应迅速，效果显著。

优选地，所述步骤B中，所述控制系统在靠近所述落点区域前提前制动所有行走轮，减少所述底盘在惯性作用下在所述落点区域内的滑动行程，减小所述目标机构的补偿运动距离和时间。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、运用本发明所述的具有位置补偿的捕获装置，控制系统控制驱动系统带动底盘向目标的落点移动，在行走轮制动后，底盘在惯性的作用下滑动，此时运动检测部件在正交全向轮部件的带动下记录并向控制系统反馈惯性移动路径，控制系统控制驱动系统带动移动机构工作，使目标机构沿运动检测部件记录路径的反方向运动，在落点处捕获目标，即虽然该装置在目标落点处惯性滑动，但反馈机构记录并反馈滑动路径给控制系统，同时控制系统使目标机构在底盘上运动，目标机构相对落点静止，以便捕获目标，该装置结构简单紧凑，反馈实时响应快，能够精确控制目标机构于目标落点；

2、运用本发明所述的具有位置补偿的捕获装置，所述横移组件和所述纵移组件正交设置，采用这种结构设置，控制系统控制目标机构运动时输出路径为XY坐标，能够简化控制系统运算量，减小输出所需时间，提高移动机构响应速度；

3、运用本发明所述的具有位置补偿的捕获装置，所述横移组件包括带轮系统一，所述纵移组件包括带轮系统二，采用这种结构设置，带轮系统结构简单，响应速度快，运动精度高，便于采购，成本低廉；

4、运用本发明所述的具有位置补偿的捕获装置，所述带轮系统一还包括直线导轨三和与其适配的滑块三，所述导轨三设于所述底盘上且平行于所述导轨一，所述滑块三连接所述导轨二，采用这种结构设置，能够增加纵移组件滑动连接于横移组件的结构稳定性，保证移动机构运动时整个装置运行的平滑稳定，不至于失稳；

5、运用本发明所述的具有位置补偿的捕获装置，所述编码器为绝对值编码器，用于测量所述底盘直线位移的绝对值，采用绝对值编码器，其记录的每一个位置绝对唯一、抗干扰性能好、无需掉电记忆，广泛应用于位移测量、定位控制和实时反馈等方面；

6、运用本发明所述的具有位置补偿的捕获装置，所述正交全向轮部件包括两个90度全向轮，两个所述90度全向轮的轮毂呈正交设置，两个所述90度全向轮均连接于所述底盘，每个所述90度全向轮对应连接一个所述运动检测部件，采用这种结构设置，正交的两个所述运动检测部件对应的是平面内两个坐标轴，即X轴和Y轴，这样便于所述控制系统简化数据处理模式，减少数据处理量，提高输出效率，减少响应时间，便于确定底盘处于平面的位置信息；

7、运用本发明所述的具有位置补偿的捕获装置，每个所述行走轮为麦克纳姆轮或者90度全向轮，采用这种结构设置，能够实现底盘不转弯下的全向移动，使底盘全向移动迅速准确，节约整体装置的启动和制动响应时间；

8、运用本发明所述的具有位置补偿的捕获装置，每个所述驱动部件均为无刷伺服电机，采用无刷伺服电机，其效率高、能耗低、噪音低、使用寿命长、可靠性良好、能够无级变频调速、相对低成本且简单易用，加上伺服系统后，可形成闭环控制系统，系统有反馈，使得整体控制更加精确；

9、运所述正交全向轮部件和每个所述行走轮均与底盘之间设有悬挂装置，采用这种结构设置，使正交全向轮部件和行走轮均能自行调节上下位置高度，即使在凹凸不平的地面也实时适配接触所处地面，保证行走轮与地面间的摩擦力，不至于哪一侧打滑失稳造成底盘侧移或者旋转偏颇，同时悬挂装置能够保证底盘在凹凸不平的地面运行时或者启动制动时的抖动迅速回复平稳；

10、运用本发明所述的具有位置补偿的捕获装置的补偿方法，虽然该装置在目标落点处惯性滑动，但反馈机构记录并反馈滑动路径给控制系统，同时控制系统使目标机构在底盘上运动，目标机构相对落点静止，以便捕获目标；运动检测部件实时自动记录并反馈数据，控制系统自动处理并输出数据，控制系统控制驱动系统和移动机构实时做出相应动作，实现了截获目标全程自动化，该方法原理清晰，步骤简单，响应迅速，效果显著。

附图说明

图1为实施例中所述具有位置补偿的捕获装置的三维结构示意图；

图2为图1的主视图；

图3为图1的左视图；

图4为图1的俯视图；

图5为实施例中所述底盘的三维结构示意图；

图6为实施例中所述移动机构的三维结构示意图；

图7为实施例中所述目标机构的三维结构示意图；

图8为实施例中所述反馈机构的三维结构示意图；

图9为实施例中所述具有位置补偿的捕获装置的补偿方法的流程示意图。

图中标记：1-底盘，2-行走轮，3-目标机构，31-支撑部件，32-旋转部件，33-羽毛球拍，4-移动机构，41-横移组件，411-导轨一，412-皮带轮一，42-纵移组件，421-导轨二，422-皮带轮二，431-导轨三，5-反馈机构，51-运动检测部件，52-正交全向轮部件，6-驱动部件。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

如图1-8所示，本发明所述的一种具有位置补偿的捕获装置，包括驱动系统、控制系统和设有至少一个行走轮2的底盘1，还包括：

目标机构3，包括支撑部件31，所述支撑部件31上设有至少一个旋转部件32，每个所述旋转部件32连接一个羽毛球拍33，所述羽毛球拍33相对所述支撑部件31转动、用于击打羽毛球，或者每个所述旋转部件32连接一个网球拍，所述网球拍相对所述支撑部件31转动、用于击打网球，或者每个所述旋转部件32连接一个棒球杆，所述棒球杆相对所述支撑部件31转动、用于击打棒球；

移动机构4，设于所述底盘1上，连接所述目标机构3，所述移动机构4用于带动所述目标机构3在所述底盘1上移动；

反馈机构5，设于所述底盘1上，包括运动检测部件51和正交全向轮部件52，所述正交全向轮部件52连接所述运动检测部件51，所述反馈机构5用于获取所述底盘1与所述目标的偏差值，并且将所述偏差值反馈给所述控制系统；

其中，所述控制系统包括处理模块和与其连接的通信模块，所述处理模块包括STM32系列单片机，所述通信模块包括蓝牙，所述通信模块用于外部通信，并连接所述反馈机构5，所述驱动系统分别带动所述移动机构4、每个所述旋转部件32和每个所述行走轮2各自的工作或者运动，所述控制系统接收所述偏差值以及控制所述驱动系统的启闭；所述目标机构3运动的范围不局限于所述底盘1的尺寸大小，而是取决于所述移动机构4展开的尺寸大小；每个所述行走轮2为麦克纳姆轮，采用这种结构设置，能够实现底盘1不转弯下的全向移动，使底盘1全向移动迅速准确，节约整体装置的启动和制动响应时间，该装置还包括机壳，所述机壳包覆所述底盘1、所述移动机构4和所述目标机构3。

作为本实施例的一个优选方案，所述移动机构4包括横移组件41和纵移组件42，所述横移组件41设于所述底盘1上，所述纵移组件42设于所述横移组件41上，所述目标机构3设于所述纵移组件42上，所述横移组件41和所述纵移组件42正交设置，采用这种结构设置，控制系统控制目标机构3运动时输出路径为XY坐标，能够简化控制系统运算量，减小输出所需时间，提高移动机构4响应速度。

如图6所示，所述横移组件41包括带轮系统一，所述带轮系统一包括直线导轨一411、滑块一、皮带一和皮带轮一412，所述导轨一411设于所述底盘1上，所述导轨一411适配所述滑块一，所述滑块一连接所述皮带一，所述皮带一适配所述皮带轮一412，所述驱动系统带动所述皮带轮一412，采用这种结构设置，带轮系统一结构简单，响应速度快，运动精度高，便于采购，成本低廉；所述纵移组件42包括带轮系统二，所述带轮系统二包括直线导轨二421、滑块二、皮带二和皮带轮二422，所述导轨二421设于所述滑块一上，所述导轨二421适配所述滑块二，所述滑块二连接所述皮带二，所述皮带二适配所述皮带轮二422，所述驱动系统带动所述皮带轮二422，所述目标机构3设于所述滑块二上，采用这种结构设置，带轮系统二结构简单，响应速度快，运动精度高，便于采购，成本低廉；所述带轮系统一还包括直线导轨三431和与其适配的滑块三，所述导轨三431设于所述底盘1上且平行于所述导轨一411，所述滑块三连接所述导轨二421，采用这种结构设置，能够增加纵移组件42滑动连接于横移组件41的结构稳定性，保证移动机构4运动时整个装置运行的平滑稳定，不至于失稳。

如图1和8所示，所述运动检测部件51包括编码器和陀螺仪，所述编码器用于测量所述底盘1直线位移，所述陀螺仪用于测量所述底盘1转动角度；所述编码器为绝对值编码器，用于测量所述底盘1直线位移的绝对值，采用绝对值编码器，其记录的每一个位置绝对唯一、抗干扰性能好、无需掉电记忆，广泛应用于位移测量、定位控制和实时反馈等方面。所述正交全向轮部件52包括两个90度全向轮，两个所述90度全向轮的轮毂呈正交设置，两个所述90度全向轮均连接于所述底盘1，每个所述90度全向轮对应连接一个所述运动检测部件51，其中所述运动检测部件51的检测轴连接对应所述90度全向轮的轮毂，并使所述检测轴和所述轮毂同步转动，采用这种结构设置，正交的两个所述运动检测部件51对应的是平面内两个坐标轴，即X轴和Y轴，这样便于所述控制系统简化数据处理模式，减少数据处理量，提高输出效率，减少响应时间，便于确定底盘1处于平面的位置信息。

如图2-7所示，所述驱动系统包括与所述皮带轮一412、所述皮带轮二422、每个所述旋转部件32以及每个所述行走轮2分别对应的驱动部件6，每个所述驱动部件6固定连接于对应的支架，所述皮带轮一412、所述皮带轮二422和每个所述行走轮2对应的所述支架连接所述底盘1，每个所述旋转部件32对应的所述支架连接所述支撑部件31，每个所述驱动部件6的输出轴连接对应的轮轴或者转轴；每个所述驱动部件6均为无刷伺服电机，采用无刷伺服电机，其效率高、能耗低、噪音低、使用寿命长、可靠性良好、能够无级变频调速、相对低成本且简单易用，加上伺服系统后，可形成闭环控制系统，系统有反馈，使得整体控制更加精确。所述底盘1和所有所述支架均为铝合金材质结构件，便于满足该装置结构强度的前提下减轻该装置的整体重量。

所述正交全向轮部件52和每个所述行走轮2均与所述底盘1之间设有悬挂装置，采用这种结构设置，使正交全向轮部件52和行走轮2均能自行调节上下位置高度，即使在凹凸不平的地面也实时适配接触所处地面，保证行走轮2与地面间的摩擦力，不至于哪一侧打滑失稳造成底盘1侧移或者旋转偏颇，同时悬挂装置能够保证底盘1在凹凸不平的地面运行时或者启动制动时的抖动迅速回复平稳。

运用本发明所述的具有位置补偿的捕获装置，控制系统控制驱动系统带动底盘1向目标的落点移动，在行走轮2制动后，底盘1在惯性的作用下滑动，此时运动检测部件51在正交全向轮部件52的带动下记录并向控制系统反馈惯性移动路径，控制系统控制驱动系统带动移动机构4工作，使目标机构3沿运动检测部件51记录路径的反方向运动，在落点处捕获目标，即虽然该装置在目标落点处惯性滑动，但反馈机构5记录并反馈滑动路径给控制系统，同时控制系统使目标机构3在底盘1上运动，目标机构3相对落点静止，以便捕获目标，该装置结构简单紧凑，反馈实时响应快，能够精确控制目标机构3于目标落点。

实施例2

如图1-9所示，本发明所述的补偿方法，应用如实施例1所述的具有位置补偿的捕获装置，包括以下步骤：

A、控制系统实时获取目标的落点区域，并控制驱动系统带动底盘1向所述落点区域移动并实时修正；

B、当所述底盘1移动至在所述落点区域处，制动所有行走轮2，所述底盘1在惯性的作用下继续滑动；

C、正交全向轮部件52在所述底盘1启动制动所有所述行走轮2并惯性移动时期继续工作，使运动检测部件51继续实时工作，所述运动检测部件51将实时检测的所述底盘1与所述目标的偏差值反馈给所述控制系统；

D、所述控制系统处理所述偏差值，并控制所述驱动系统带动移动机构4工作，所述移动机构4带动目标机构3移动截获所述目标。

作为本实施例的一个优选方案，所述步骤B中，所述控制系统在靠近所述落点区域前提前制动所有行走轮，减少所述底盘在惯性作用下在所述落点区域内的滑动行程，减小所述目标机构的补偿运动距离和时间。

运用本发明所述的具有位置补偿的捕获装置的补偿方法，虽然该装置在目标落点处惯性滑动，但反馈机构5记录并反馈滑动路径给控制系统，同时控制系统使目标机构3在底盘1上运动，目标机构3相对落点静止，以便捕获目标；运动检测部件51实时自动记录并反馈数据，控制系统自动处理并输出数据，控制系统控制驱动系统和移动机构4实时做出相应动作，实现了截获目标全程自动化，该方法原理清晰，步骤简单，响应迅速，效果显著。

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。