一种智能捡球机器人的制作方法

本实用新型涉及一种智能捡球机器人，特别是一种应用于足球等场馆的用于捡球的智能机器人，属于智能化机器。

背景技术：

由于足球场馆较大，从而人工捡球工作是一项比较繁重且繁琐的体力劳动，人们不断尝试用智能机器人代替人工来从事此项工作。目前，已提出专利申请的新型智能捡球机器人（申请号：CN201620198714.2）利用PLC控制器结合图像采集处理器的方法，解决了捡取网球的问题。但对于体积较大的足球并没有明显的效果。因此，研发一种针对足球等大型球类及大型场馆的智能捡球机器人来提高捡球效率、提升智能性是十分必要的。

技术实现要素：

本实用新型需要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种针对足球场等大型球类及大型场馆的球类的智能捡球机器人，解决人工捡球费时费力的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

一种智能捡球机器人，包括带有单片机的机器人底盘，机器人底盘上安装有一组前轮和一组后轮，机器人底盘上具有图像处理系统、多传感器信息数据处理系统以及控制系统，所述图像处理系统包括云台、摄像头模块、FPGA模块，摄像头模块位于云台上，FPGA模块线路连接摄像头模块和单片机，所述多传感器信息数据处理系统包括无线通信模块、GPS位置模块、九轴姿态检测传感器模块、超声波测距模块和编码器模块，超声波测距模块位于机器人底盘前端，编码器模块分为设置在左后轮处的左后轮编码器和设置在右后轮处的右后轮编码器，所述控制系统包括前轮转向舵机、后轮驱动电路、电机以及自由臂机构, 自由臂机构位于机器人底盘前端，所述左后轮编码器旁设置有左后轮直流电机，右后轮编码器旁设置有右后轮直流电机，所述机器人底盘的后端还设置有电源模块。

作为进一步的优选方案，所述自由臂机构包括机械臂右臂第一自由度、机械臂右上臂、机械臂右臂第二自由度、机械臂右前臂、机械臂左臂第一自由度、机械臂左上臂、机械臂左臂第二自由度、机械臂左前臂，所述机械臂右臂第一自由度和机械臂左臂第一自由度设置在机器人底盘前端位置，机械臂右上臂一端纵向转动连接在机械臂右臂第一自由度上，机械臂左上臂一端纵向转动连接在机械臂左臂第一自由度上，机械臂右臂第二自由度设在机械臂右上臂的另一端，机械臂左臂第二自由度设在机械臂左上臂的另一端，机械臂右前臂一端横向转动连接在机械臂右臂第二自由度上，机械臂左前臂一端横向转动连接在机械臂左臂第二自由度上。

作为进一步的优选方案，所述机器人底盘上具有主板，所述FPGA模块、GPS传感器、九轴姿态检测传感器模块、无线通信模块、单片机、电机驱动电路集成在主板上。

作为进一步的优选方案，所述主板上还设置有液晶显示屏。

作为进一步的优选方案，所述左后轮编码器、左后轮直流电机、右后轮编码器、右后轮直流电机均设置在底盘下方。

有益效果

与现有技术相比，本实用新型的一种智能捡球机器人，可利用FPGA模块高速地进行图像识别并跟踪，以及单片机的协同控制，使得智能捡球机器人具有高度的智能化，采用最优化路径，使得捡球效率大幅提高，FPGA模块与单片机的配合使用，提高了代码的执行效率，极大的缩短了单位工作周期。

附图说明

图1是本实用新型的整体设计俯视图；

图2是本实用新型的侧视图；

图3是本实用新型的工作流程图；

其中，101-机械臂右前臂，102-机械臂左前臂，201-机械臂右臂第二自由度，202-机械臂左臂第二自由度，301-机械臂右上臂，302-机械臂左上臂，4-超声波模块，5-摄像头模块，6-二自由度云台，701-机械臂右臂第一自由度，702-机械臂左臂第一自由度，9-前轮转向舵机，10-机器人底盘，11-主板，12-液晶显示屏，13-无线通信模块，14-单片机，15-GPS传感器，16-FPGA模块，17-九轴姿态检测传感器模块, 18-电机驱动电路，2001-右后轮直流电机，2002-左后轮直流电机，2101-右后轮编码器，2102-左后轮编码器，22-电源模块。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的优选技术方案。

如图1和图2所示，本实用新型的一种智能捡球机器人，包括带有单片机14的机器人底盘10，机器人底盘10上安装有一组前轮和一组后轮，机器人底盘10上具有图像处理系统、多传感器信息数据处理系统以及控制系统；

所述图像处理系统包括云台6、摄像头模块5、FPGA模块16，摄像头模块5位于云台6上，FPGA模块16线路连接摄像头模块5和单片机14，智能捡球机器人的云台6具有两个自由度方向旋转的，该云台是由一个水平方向和一个竖直方向安装的步进电机构成的，通过架设在云台6上的摄像头模块5进行图像的实时采集，输入到FPGA模块16进行数据处理，再将处理得到的信息传输到单片机14中；

所述多传感器信息数据处理系统包括无线通信模块13、GPS位置模块15、九轴姿态检测传感器模块17、超声波测距模块4和编码器模块，超声波测距模块4位于机器人底盘10前端，编码器模块分为设置在左后轮处的左后轮编码器2102和设置在右后轮处的右后轮编码器2101，将各个模块的数据、云台6转角角度以及FPGA模块16的处理数据在单片机14中进行综合处理，实时地将各个模块的数据通过无线通信模块13传输到上位机，并将当前的数据在液晶显示屏12上进行显示；

所述控制系统包括前轮转向舵机9、后轮驱动电路18、电机20以及自由臂机构, 自由臂机构位于机器人底盘10前端，所述左后轮编码器2102旁设置有左后轮直流电机2002，右后轮编码器2101旁设置有右后轮直流电机2001，所述机器人底盘10的后端还设置有电源模块22，前轮转向舵机9进行对前轮的转向控制，单片机14输出PWM信号至后轮驱动电路18，使用编码器模块实时测得直流电机20转速，实现对后轮直流电机20的转速调节控制；为了保持整个机器人的前后重心平衡，将电源模块22安装于智能捡球机器人的后侧；为了增加机器人底盘10高度，舵机9嵌在机器人底盘10上，舵机9连接前轮的轴也在机器人底盘10下方；直流电机20安装于机器人底盘10下方，编码器21也安装于机器人底盘10下方直流电机20旁边。

所述自由臂机构包括机械臂右臂第一自由度701、机械臂右上臂301、机械臂右臂第二自由度201、机械臂右前臂101、机械臂左臂第一自由度702、机械臂左上臂302、机械臂左臂第二自由度202、机械臂左前臂102，所述机械臂右臂第一自由度701和机械臂左臂第一自由度702设置在机器人底盘10前端位置，机械臂右上臂301一端纵向转动连接在机械臂右臂第一自由度701上，机械臂左上臂302一端纵向转动连接在机械臂左臂第一自由度702上，机械臂右臂第二自由度201设在机械臂右上臂301的另一端，机械臂左臂第二自由度202设在机械臂左上臂302的另一端，机械臂右前臂101一端横向转动连接在机械臂右臂第二自由度201上，机械臂左前臂102一端横向转动连接在机械臂左臂第二自由度202上，机械臂右臂第二自由度201控制机械臂右前臂101进行左右摆动，机械臂左关节第二自由度202控制机械臂左前臂102进行左右摆动，机械臂右臂第一自由度701控制机械臂右上臂301进行上下摆动，机械臂左臂第一自由度702控制机械臂左上臂302进行上下摆动。

为了有效的利用空间，所述机器人底盘10上具有主板11，所述FPGA模块16、GPS传感器15、九轴姿态检测传感器模块17、无线通信模块13、单片机14、电机驱动电路18集成在主板11上。

所述主板11上还设置有液晶显示屏12。

所述左后轮编码器2102、左后轮直流电机2002、右后轮编码器2101、右后轮直流电机2001均设置在底盘10下方。

工作流程如下：

接通电源，启用超声波测距模块4，检测是否有障碍物；

打开图像处理系统，单片机14控制云台6的两个自由度旋转，同时摄像头5进行图像采集，将图像数据传输至FPGA模块16中进行数据处理，当识别到足球时，将处理后的数据传输到单片机14中，通过单片机14控制云台6两个自由度旋转，使检测到的足球的中心保持在图像的中心位置，在液晶显示屏12中显示云台6两个自由度旋转角，并通过无线通信模块13传输到上位机中；

根据云台6的横向自由度的转角，调整机器人的行驶方向；根据云台6的纵向自由度的转角，计算出足球距离机器人大致距离。根据计算到的大致距离，控制机器人的行驶速度，当接近目标时，通过超声波模块4检测距离，保持合适距离，打开机械臂机构，先将机械臂左前臂102和机械臂右前臂101相对合拢抓取足球，再利用机械臂左上臂302和机械臂右上臂301向上活动将足球抬起；

根据当前的GPS模块15采集到的坐标以及需要返回地点的GPS坐标，计算出行驶方向与距离，在九轴姿态检测传感器模块17的三轴磁传感器的辅助下，返回指定位置。