一种智能投篮机器人的制作方法

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种智能投篮机器人。

背景技术：

21 世纪的今天，机器人已经无处不在，机器人的种类与功能更是无奇不有，例如体育竞技类机器人，就是已市场化的产品，但其种类不多，且普遍价格昂贵，成本极高。而篮球机器人竞技则是一项正欲兴起的竞技项目。

但是目前的投篮机器人大多属于固定式观赏性质，即投篮机器人是不动的，在投篮之后因为地面的关系篮球会回到投篮机器人脚下，然后投篮机器人按照之前设定的步骤继续捡球并投球。该种投篮机器人完全不具备移动式投篮的能力。

目前也有一些可以移动式的投篮机器人，但是其与固定式的投篮机器人区别不大，该类机器人需要运行至设定好的投篮区域才能开始投篮，其不具备自动调整角度并在任意位置进行投篮的能力。如公开号为204604310 U的发明涉及一种娱乐机器人，特别涉及一种投球机器人。本发明提供了如下技术方案：一种投球机器人，包括有车体及设于车体上的投球装置，所述的车体包括有底座、与底座衔接的支撑架及与支撑架衔接的安装架，底座上设有车轮及万向轮，投球装置包括有架设于安装架上的驱动件，设于安装架横向两侧分别通过传动件与驱动件衔接的且可朝向安装架外侧倾倒的投球框。该专利的机器人只能在投篮区域进行投篮，功能单一。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种智能投篮机器人，可以实现对篮球的自动拾取，且能够在篮球场任意位置进行投篮。

为解决上述技术问题，本发明提供一种智能投篮机器人，包括底座，设置在底座下方的行走机构、设置在底座上方的投球机构、捡球机构、第一定位机构和控制机构、设置在底座前方的寻球机构以及设置在篮球场外的三个第二定位机构，所述控制机构与所述行走机构、投球机构、捡球机构、第一定位机构、寻球机构、第二定位机构信号连接。

进一步的，所述投球机构包括底座中心线位置设置的第一旋转底板，所述第一旋转底板与第一旋转驱动模块传动连接，所述第一旋转底板上设置U型架，所述U型架上端设置旋转轴，所述旋转轴上设置安装板，所述旋转轴与第二旋转驱动模块传动连接，所述安装板上设置投球气缸，所述投球气缸端部设置固定篮球的弧形板，所述弧形板与篮球的形状相契合，所述安装板上对应所述弧形板设置导向机构，所述投球气缸与所述控制机构信号连接。

进一步的，所述导向机构包括所述弧形板边缘设置的导向板，所述导向板上设置导向孔，所述安装板上对应所述导向孔设置导向杆，所述导向杆与所述投球气缸的伸缩方向所在的直线平行。

进一步的，所述第一旋转驱动模块包括所述第一旋转底板边缘设置的第一环齿轮，所述底座上对应第一旋转底板设置的第一L型支架，所述第一L型支架上向下设置第一旋转电机，所述第一旋转电机下端设置与所述第一环齿轮相配合的第一驱动轮，所述第一旋转电机与所述控制机构信号连接。

进一步的，所述第二旋转驱动模块包括所述U型架上设置的第二旋转电机，所述第二旋转电机上设置第二驱动轮，所述旋转轴上设置与所述第二驱动轮相配合的第二环齿轮，所述第二旋转电机与所述控制机构信号连接。

进一步的，所述第一定位机构包括所述底座前端中心设置的第一超声波发射器和所述底座后端中心设置的第二超声波发射器，所述第一超声波发射器、第二超声波发射器与所述控制机构信号连接，所述第二定位机构包括篮球场外设置的超声波接收器以及与所述超声波接收器依次连接的微控制器和通信模块，所述微控制器通过通信模块与所述控制机构信号连接。

进一步的，所述寻球机构包括所述底座前端设置的CCD摄像头，所述CCD摄像头与所述控制机构信号连接，所述捡球机构包括所述底座上设置的第二旋转底板，所述第二旋转底板与第三旋转驱动模块传动连接，所述第二旋转底板上设置第一伸缩杆，所述第一伸缩杆上端设置横杆，所述横杆的端部向下设置第二伸缩杆，所述第二伸缩杆的下端设置篮球固定机构，所述第一伸缩杆、第二伸缩杆与所述控制机构信号连接。

进一步的，所述第三旋转驱动模块包括所述第二旋转底板边缘设置的第三环齿轮，所述底座上对应第二旋转底板设置的第二L型支架，所述第二L型支架上向下设置第三旋转电机，所述第三旋转电机下端设置与所述第三环齿轮相配合的第三驱动轮，所述第三旋转电机与所述控制机构信号连接。

进一步的，所述篮球固定机构包括所述第二伸缩杆下端设置的吸盘，所述吸盘的上端设置通孔，所述通孔通过抽气管道与设置在所述吸盘上方的负压气泵连通，所述吸盘下端边缘设置橡胶密封环。

进一步的，所述控制机构包括可编程逻辑控制器，所述行走机构包括所述底座下方前端两侧设置的两个转向轮和后端两侧设置的两个行走轮。

一种智能投篮机器人的运行方法，包括如下步骤；

S1、寻球机构的CCD摄像头寻找篮球位置，控制机构接收到信息后控制行走机构运行至篮球旁边，然后控制机构控制捡球机构拾取篮球；

S2、第三旋转驱动模块驱动第二旋转底板带动第一伸缩杆转动，使得横杆上的第二伸缩杆移动至篮球的上方，该过程通过CCD摄像头与控制机构配合完成，然后第二伸缩杆向下伸长，负压气泵抽气，在气流作用下篮球会移动至吸盘的正下方，并被吸盘所固定；

S3、在未投球时，安装板的正面朝上，U型架和投球气缸都垂直与安装板；

S4、第一伸缩杆伸长，第二伸缩杆缩短，第三旋转底板转动使得第二伸缩杆弧形板的正上方，且吸盘高度大于导向杆的高度，然后第二伸缩杆伸长使得篮球位于弧形板内，负压气泵关闭，使得篮球落入弧形板内；

S5、第一定位机构的两个超声波发生器在控制机构的作用下发出超声波，篮球场外的三个超声波接收器对超声波进行接收，微控制器将接收的时间发送至控制机构，控制机构通过六组时间以及三个超声波接收器所在的位置计算出投篮机器人的位置，并且可以算出底座前端中心以及后端中心的位置，这样还可以计算出底座前端中心以及后端中心所组成的中心线与篮筐的角度；

S6、控制机构根据角度问题调整第一旋转底板，使得投球气缸的方向与篮筐相对，并且调整第二旋转驱动模块，使得投球气缸不再垂直与地面，即调整篮球的发射方向；

S7、在投篮的水平角度以及竖直角度都调节完成后，控制机构通过测量的篮球发射位置到篮筐的距离来计算出篮球发射时的初速度，并控制投球气缸推动弧形板进行投篮；

S8、投篮完成后，继续步骤S1内容。

本发明提供了一种智能投篮机器人，包括底座，设置在底座下方的行走机构、设置在底座上方的投球机构、捡球机构、第一定位机构和控制机构、设置在底座前方的寻球机构以及设置在篮球场外的三个第二定位机构，所述控制机构与所述行走机构、投球机构、捡球机构、第一定位机构、寻球机构、第二定位机构信号连接。

所述投球机构包括底座中心线位置设置的第一旋转底板，所述第一旋转底板与第一旋转驱动模块传动连接，所述第一旋转底板上设置U型架，所述U型架上端设置旋转轴，所述旋转轴上设置安装板，所述旋转轴与第二旋转驱动模块传动连接，所述安装板上设置投球气缸，所述投球气缸端部设置固定篮球的弧形板，所述弧形板与篮球的形状相契合，所述安装板上对应所述弧形板设置导向机构，所述投球气缸与所述控制机构信号连接。第一旋转底板和第一旋转驱动模块实现对篮球发射时初始方向与篮筐的水平角度的调整，旋转轴和第二旋转驱动机构实现篮球发射时初始方向与篮筐的竖直角度调整，使得投球气缸将篮球发射后可以进行篮筐。弧形板用来承载篮球，弧形板与篮球形状相契合，避免篮球受到弧形板推力后晃动导致方向不稳的情况发生。弧形板中心至开口平面的高度小于篮球的半径，大于篮球半径的二分之一，稳定性更好且不会对篮球发射时造成影响。

所述导向机构包括所述弧形板边缘设置的导向板，所述导向板上设置导向孔，所述安装板上对应所述导向孔设置导向杆，所述导向杆与所述投球气缸的伸缩方向所在的直线平行。导向机构对弧形板运动时进行导向，避免细微晃动，造成投篮命中率较低的问题。

所述第一旋转驱动模块包括所述第一旋转底板边缘设置的第一环齿轮，所述底座上对应第一旋转底板设置的第一L型支架，所述第一L型支架上向下设置第一旋转电机，所述第一旋转电机下端设置与所述第一环齿轮相配合的第一驱动轮，所述第一旋转电机与所述控制机构信号连接。第一旋转电机转动，使得第一驱动轮转动，从而带动第一环齿轮转动，使得第一旋转底板转动，第一旋转底板和下面的第二旋转底板通过一个旋转立柱设置在底座上，方案很常见，不多叙述。

所述第二旋转驱动模块包括所述U型架上设置的第二旋转电机，所述第二旋转电机上设置第二驱动轮，所述旋转轴上设置与所述第二驱动轮相配合的第二环齿轮，所述第二旋转电机与所述控制机构信号连接。第二旋转电机驱动第二驱动轮，从而带动第二环齿轮，最终带动旋转轴转动，使得安装板随之转动，实现篮球发射角度的调整。

所述第一定位机构包括所述底座前端中心设置的第一超声波发射器和所述底座后端中心设置的第二超声波发射器，所述第一超声波发射器、第二超声波发射器与所述控制机构信号连接，所述第二定位机构包括篮球场外设置的超声波接收器以及与所述超声波接收器依次连接的微控制器和通信模块，所述微控制器通过通信模块与所述控制机构信号连接。第一定位机构和第二定位机构配合实现机器人的定位，以及与篮筐的角度、距离。其原理是基于超声波测距原理实现，第一超声波发射器位于底座的前端正中心，第二超声波发生器位于底座的后端正中心，通过超声波测距测得底板前端正中心以及后端正中心的位置，而篮球射出时的位置在底座上是确定的，篮球射出时的在篮球场的位置也是可以确定。且底座前端正中心与后端正中心所组成的中心线与篮筐的水平夹角也可以通过测量后的位置得出，这样篮球射出时的位置、高度、与篮筐的距离都是确定，控制机构根据这些信息来调整投球气缸的朝向，使得篮球发射时的方向准确，并根据距离来调整投球气缸顶出篮球时的初速度。

所述寻球机构包括所述底座前端设置的CCD摄像头，所述CCD摄像头与所述控制机构信号连接，所述捡球机构包括所述底座上设置的第二旋转底板，所述第二旋转底板与第三旋转驱动模块传动连接，所述第二旋转底板上设置第一伸缩杆，所述第一伸缩杆上端设置横杆，所述横杆的端部向下设置第二伸缩杆，所述第二伸缩杆的下端设置篮球固定机构，所述第一伸缩杆、第二伸缩杆与所述控制机构信号连接。CCD摄像头可以对机器人前方进行拍摄，控制机构识别篮球后，控制行走机构使得篮球机其人移动至篮球旁边进行捡球。捡球的具体步骤在方法中已经说明，通过旋转的第二旋转底板和第三旋转驱动模块实现捡球以及将篮球放入弧形板内的位置调整。横杆的长度要根据第一伸缩杆到弧形板的水平距离而定，使得篮球可以在捡球机构转过来后位于弧形板的正上方。

所述第三旋转驱动模块包括所述第二旋转底板边缘设置的第三环齿轮，所述底座上对应第二旋转底板设置的第二L型支架，所述第二L型支架上向下设置第三旋转电机，所述第三旋转电机下端设置与所述第三环齿轮相配合的第三驱动轮，所述第三旋转电机与所述控制机构信号连接。

所述篮球固定机构包括所述第二伸缩杆下端设置的吸盘，所述吸盘的上端设置通孔，所述通孔通过抽气管道与设置在所述吸盘上方的负压气泵连通，所述吸盘下端边缘设置橡胶密封环。对于篮球的固定采用负压的方式，结构简单，且固定效果好。橡胶密封环可以保证固定篮球时的稳定性，使得篮球与吸盘的缝隙变小或消失，效果更好。

所述控制机构包括可编程逻辑控制器，所述行走机构包括所述底座下方前端两侧设置的两个转向轮和后端两侧设置的两个行走轮，控制机构作为控制中枢，行走机构的转向轮负责专项，而行走轮与行走电机传动连接，负责提供动力，这都是常规的技术，不过多叙述。

本发明投篮机器人可以实现对篮球的自动拾取，且能够在篮球场任意位置进行投篮，智能化程度较现有的投篮机器人更高，功能更加强大。

附图说明

图1为本发明智能投篮机器人的结构示意图；

图2为本发明投篮机器人定位的结构示意图；

图3为本发明篮球固定机构的结构示意图；

图4为本发明第二旋转驱动模块的结构示意图；

图5为本发明投篮机器人投篮时投球机构的结构示意图；

图6为本发明投篮机器人捡球时捡球机构的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图1-6，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一，本发明提供了一种智能投篮机器人，包括底座31，设置在底座31下方的行走机构、设置在底座31上方的投球机构、捡球机构、第一定位机构和控制机构8、设置在底座31前方的寻球机构以及设置在篮球场外的三个第二定位机构，所述控制机构8与所述行走机构、投球机构、捡球机构、第一定位机构、寻球机构、第二定位机构信号连接。

所述投球机构包括底座31中心线位置设置的第一旋转底板27，所述第一旋转底板27与第一旋转驱动模块传动连接，所述第一旋转底板27上设置U型架24，所述U型架24上端设置旋转轴20，所述旋转轴20上设置安装板19，所述旋转轴20与第二旋转驱动模块传动连接，所述安装板19上设置投球气缸18，所述投球气缸18端部设置固定篮球的弧形板14，所述弧形板14与篮球的形状相契合，所述安装板19上对应所述弧形板14设置导向机构，所述投球气缸18与所述控制机构8信号连接。第一旋转底板和第一旋转驱动模块实现对篮球发射时初始方向与篮筐的水平角度的调整，旋转轴和第二旋转驱动机构实现篮球发射时初始方向与篮筐的竖直角度调整，使得投球气缸将篮球发射后可以进行篮筐。弧形板用来承载篮球，弧形板与篮球形状相契合，避免篮球受到弧形板推力后晃动导致方向不稳的情况发生。弧形板中心至开口平面的高度小于篮球的半径，大于篮球半径的二分之一，稳定性更好且不会对篮球发射时造成影响。

所述导向机构包括所述弧形板14边缘设置的导向板15，所述导向板15上设置导向孔16，所述安装板19上对应所述导向孔16设置导向杆17，所述导向杆17与所述投球气缸18的伸缩方向所在的直线平行。导向机构对弧形板运动时进行导向，避免细微晃动，造成投篮命中率较低的问题。

所述第一旋转驱动模块包括所述第一旋转底板27边缘设置的第一环齿轮28，所述底座31上对应第一旋转底板27设置的第一L型支架25，所述第一L型支架25上向下设置第一旋转电机26，所述第一旋转电机26下端设置与所述第一环齿轮28相配合的第一驱动轮29，所述第一旋转电机26与所述控制机构8信号连接。第一旋转电机转动，使得第一驱动轮转动，从而带动第一环齿轮转动，使得第一旋转底板转动，第一旋转底板和下面的第二旋转底板通过一个旋转立柱设置在底座上，方案很常见，不多叙述。

所述第二旋转驱动模块包括所述U型架24上设置的第二旋转电机23，所述第二旋转电机23上设置第二驱动轮22，所述旋转轴20上设置与所述第二驱动轮22相配合的第二环齿轮21，所述第二旋转电机23与所述控制机构8信号连接。第二旋转电机驱动第二驱动轮，从而带动第二环齿轮，最终带动旋转轴转动，使得安装板随之转动，实现篮球发射角度的调整。

实施例二

本实施例与实施例一的区别在于：所述第一定位机构包括所述底座31前端中心设置的第一超声波发射器5和所述底座31后端中心设置的第二超声波发射器30，所述第一超声波发射器5、第二超声波发射器30与所述控制机构8信号连接，所述第二定位机构包括篮球场外设置的超声波接收器33以及与所述超声波接收器33依次连接的微控制器35和通信模块34，所述微控制器35通过通信模块34与所述控制机构8信号连接。

其原理是基于超声波测距原理实现，第一超声波发射器位于底座的前端正中心，第二超声波发生器位于底座的后端正中心，通过超声波测距测得底板前端正中心以及后端正中心的位置，而篮球射出时的位置在底座上是确定的，篮球射出时的在篮球场的位置也是可以确定。且底座前端正中心与后端正中心所组成的中心线与篮筐的水平夹角也可以通过测量后的位置得出，这样篮球射出时的位置、高度、与篮筐的距离都是确定，控制机构根据这些信息来调整投球气缸的朝向，使得篮球发射时的方向准确，并根据距离来调整投球气缸顶出篮球时的初速度。

实施例三

本实施例与实施例一的区别在于：

所述寻球机构包括所述底座31前端设置的CCD摄像头4，所述CCD摄像头4与所述控制机构8信号连接，所述捡球机构包括所述底座31上设置的第二旋转底板6，所述第二旋转底板6与第三旋转驱动模块传动连接，所述第二旋转底板6上设置第一伸缩杆7，所述第一伸缩杆7上端设置横杆3，所述横杆3的端部向下设置第二伸缩杆2，所述第二伸缩杆2的下端设置篮球固定机构1，所述第一伸缩杆7、第二伸缩杆2与所述控制机构8信号连接。CCD摄像头可以对机器人前方进行拍摄，控制机构识别篮球后，控制行走机构使得篮球机其人移动至篮球旁边进行捡球。捡球的具体步骤在方法中已经说明，通过旋转的第二旋转底板和第三旋转驱动模块实现捡球以及将篮球放入弧形板内的位置调整。横杆的长度要根据第一伸缩杆到弧形板的水平距离而定，使得篮球可以在捡球机构转过来后位于弧形板的正上方。

所述第三旋转驱动模块包括所述第二旋转底板6边缘设置的第三环齿轮41，所述底座31上对应第二旋转底板6设置的第二L型支架11，所述第二L型支架11上向下设置第三旋转电机10，所述第三旋转电机10下端设置与所述第三环齿轮41相配合的第三驱动轮9，所述第三旋转电机10与所述控制机构8信号连接。

所述篮球固定机构1包括所述第二伸缩杆2下端设置的吸盘36，所述吸盘36的上端设置通孔38，所述通孔38通过抽气管道37与设置在所述吸盘36上方的负压气泵39连通，所述吸盘36下端边缘设置橡胶密封环40。对于篮球的固定采用负压的方式，结构简单，且固定效果好。橡胶密封环可以保证固定篮球时的稳定性，使得篮球与吸盘的缝隙变小或消失，效果更好。

所述控制机构8包括可编程逻辑控制器，所述行走机构包括所述底座31下方前端两侧设置的两个转向轮12和后端两侧设置的两个行走轮32，控制机构作为控制中枢，行走机构的转向轮负责专项，而行走轮与行走电机传动连接，负责提供动力，这都是常规的技术，不过多叙述。

实施例四

本发明提供了一种智能投篮机器人的运行方法，包括如下步骤；

S1、寻球机构的CCD摄像头寻找篮球位置，控制机构接收到信息后控制行走机构运行至篮球旁边，然后控制机构控制捡球机构拾取篮球；

S2、第三旋转驱动模块驱动第二旋转底板带动第一伸缩杆转动，使得横杆上的第二伸缩杆移动至篮球的上方，该过程通过CCD摄像头与控制机构配合完成，然后第二伸缩杆向下伸长，负压气泵抽气，在气流作用下篮球会移动至吸盘的正下方，并被吸盘所固定；

S3、在未投球时，安装板的正面朝上，U型架和投球气缸都垂直与安装板；

S4、第一伸缩杆伸长，第二伸缩杆缩短，第三旋转底板转动使得第二伸缩杆弧形板的正上方，且吸盘高度大于导向杆的高度，然后第二伸缩杆伸长使得篮球位于弧形板内，负压气泵关闭，使得篮球落入弧形板内；

S5、第一定位机构的两个超声波发生器在控制机构的作用下发出超声波，篮球场外的三个超声波接收器对超声波进行接收，微控制器将接收的时间发送至控制机构，控制机构通过六组时间以及三个超声波接收器所在的位置计算出投篮机器人的位置，并且可以算出底座前端中心以及后端中心的位置，这样还可以计算出底座前端中心以及后端中心所组成的中心线与篮筐的角度；

S6、控制机构根据角度问题调整第一旋转底板，使得投球气缸的方向与篮筐相对，并且调整第二旋转驱动模块，使得投球气缸不再垂直与地面，即调整篮球的发射方向；

S7、在投篮的水平角度以及竖直角度都调节完成后，控制机构通过测量的篮球发射位置到篮筐的距离来计算出篮球发射时的初速度，并控制投球气缸推动弧形板进行投篮；

S8、投篮完成后，继续步骤S1内容。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。