一種采用光伏電源的智能撿球、發(fā)球及保潔裝置制造方法
【專利摘要】一種采用光伏電源的智能撿球、發(fā)球及保潔裝置，包括小車，控制模塊、光伏追蹤裝置、儲物倉、機(jī)械手臂、攝像頭模塊、發(fā)球裝置安裝在小車上；控制模塊連接光伏追蹤裝置，控制光伏追蹤裝置最強(qiáng)光強(qiáng)；控制模塊連接機(jī)械手臂，控制機(jī)械手臂將拾取的垃圾、球類放到儲物倉；控制模塊連接攝像頭模塊，控制攝像頭模塊對掃描到的球類、垃圾自動進(jìn)行分類識別；控制模塊連接發(fā)球裝置，控制發(fā)球裝置發(fā)出不同球類。本發(fā)明裝置在運動場等場地?fù)炖?、撿球并可以將球分類；也可以在運動員訓(xùn)練的時候，用作發(fā)網(wǎng)球、棒球、高爾夫球等。
【專利說明】一種采用光伏電源的智能撿球、發(fā)球及保潔裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一種采用光伏電源的智能撿球、發(fā)球及保潔裝置，用于戶外運動場時球類的拾取和發(fā)球，以及球類垃圾清理。
【背景技術(shù)】
[0002]大學(xué)運動場包括:網(wǎng)球場、籃球場、羽毛球場、排球場等體育運動場地，一般運動場都集中修建和統(tǒng)一管理。由于場所面積大和使用頻繁，運動場管理難于安排專人專區(qū)保潔。同時運動場內(nèi)的網(wǎng)球、羽毛球等球類初學(xué)者需要進(jìn)行大量的練習(xí)，單獨練習(xí)時容易產(chǎn)生撿球疲勞等問題，使其更加缺乏合適的練習(xí)；某些練習(xí)場所即使有適當(dāng)?shù)呐憔毴藛T，也會乏味于單調(diào)枯燥的喂球和撿球，影響初學(xué)者和教練的學(xué)習(xí)和講授效果。
[0003]目前，市場上有一些專業(yè)撿球機(jī)或發(fā)球機(jī)，但往往都是針對專業(yè)運動員開發(fā)的。專業(yè)撿球機(jī)或發(fā)球機(jī)對于普通練習(xí)者來說，成本很高，同時功能單一，往往只針對某一項球類運動，當(dāng)普通練習(xí)者球類興趣轉(zhuǎn)變后不再適用。
[0004]太陽能光伏發(fā)電具有運行無噪聲、無污染、配置較為靈活等諸多優(yōu)點，具有很好的發(fā)展前景。同時大學(xué)生在戶外運動場參加鍛煉時，大多為晴好天氣，陽光充分，如能充分利用運動場太陽能，以及把練習(xí)需要的發(fā)球機(jī)和方便實用的撿球機(jī)以及運動場地保潔機(jī)綜合利用起來，設(shè)計一種價格低廉、并且能夠滿足普通練習(xí)者練習(xí)的太陽能綜合智能機(jī)器裝置，成了一個具有十分重要和現(xiàn)實意義的課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種采用光伏電源的智能撿球、發(fā)球、保潔裝置，在運動場等場地?fù)炖?、撿球并可以將球分類；也可以在運動員訓(xùn)練的時候，用作發(fā)網(wǎng)球、棒球、高爾夫球等，也可以對草坪進(jìn)行自動割草。該裝置功能齊全，省去很多人力和物力。
[0006]本發(fā)明的上述目的是通過這樣的技術(shù)方案來實現(xiàn)的:一種采用光伏電源的智能撿球、發(fā)球及保潔裝置，包括小車，控制模塊、光伏追蹤裝置、儲物倉、機(jī)械手臂、攝像頭模塊、發(fā)球裝置安裝在小車上；控制模塊連接光伏追蹤裝置，控制光伏追蹤裝置最強(qiáng)光強(qiáng)；
控制模塊連接機(jī)械手臂，控制機(jī)械手臂將拾取的垃圾、球類放到儲物倉；
控制模塊連接攝像頭模塊，控制攝像頭模塊對掃描到的球類、垃圾自動進(jìn)行分類識
別；
控制模塊連接發(fā)球裝置，控制發(fā)球裝置發(fā)出不同球類。
[0007]所述控制模塊為DSP控制器。
[0008]所述光伏追蹤裝置由:光伏板、支架、圓形云臺組成，光伏板安裝在支架上，支架控制光伏板上下移動，支架安裝在圓形云臺上，圓形云臺控制光伏板在水平360°范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動。
[0009]所述發(fā)球裝置包括底盤，底盤內(nèi)設(shè)驅(qū)動/傳動裝置，驅(qū)動/傳動裝置連接旋轉(zhuǎn)盤，旋轉(zhuǎn)盤上固定安裝有力度調(diào)節(jié)桿，力度調(diào)節(jié)桿隨旋轉(zhuǎn)盤一起轉(zhuǎn)動；該發(fā)球裝置固定安裝有彈簧，彈簧連接擊球桿，該發(fā)球裝置上部固定有一管道槽，管道槽兩端分別為:進(jìn)球口、出球口，擊球桿的擊球端部對應(yīng)出球口。
[0010]所述發(fā)球裝置包括底盤，底盤內(nèi)設(shè)驅(qū)動/傳動裝置，驅(qū)動/傳動裝置連接豎直支撐桿，該發(fā)球裝置固定有一管道槽，管道槽一端設(shè)有豎直進(jìn)球口，豎直支撐桿一端對應(yīng)豎直進(jìn)球口。
[0011]所述發(fā)球裝置的設(shè)驅(qū)動/傳動裝置包括電機(jī)，電機(jī)連接齒輪組。
[0012]一種采用光伏電源的智能撿球、發(fā)球及保潔裝置，該裝置用于戶外運動場時球類的拾取和發(fā)球，以及球類垃圾清理。
[0013]本發(fā)明一種采用光伏電源的智能撿球、發(fā)球及保潔裝置，有益效果如下:
1、太陽能光伏發(fā)電與儲能裝置共同構(gòu)成光儲一體化持續(xù)穩(wěn)定供電系統(tǒng)；
2、太陽光角度自動調(diào)整與最大功率點跟蹤技術(shù)(MPPT)；
3、攝像頭模塊進(jìn)行對物體進(jìn)行智能圖像識別與自動分類；
4、對多種球類，如:網(wǎng)球、棒球和高爾夫球等實現(xiàn)撿球、分類和發(fā)球，克服單一化裝置功能，擴(kuò)大使用范圍與提高利用效率； 5、對物體(球類、垃圾等)實行智能定位、判別、分類(清掃)和處理；
6、能夠利用小車進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控與不間斷巡視，利用攝像頭將監(jiān)視到的畫面通過遠(yuǎn)程通信時時傳輸給監(jiān)控室，有效擴(kuò)大監(jiān)控和管理面積。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明流程原理圖。
[0015]圖2為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖3為本發(fā)明裝置的小車結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖4為本發(fā)明光伏追蹤裝置電氣原理圖。
[0018]圖5為本發(fā)明光伏追蹤裝直結(jié)構(gòu)不意圖。
[0019]圖6為本發(fā)明儲物倉結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖7為本發(fā)明機(jī)械手臂結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖8為本發(fā)明攝像頭模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖9為本發(fā)明發(fā)球裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖10為本發(fā)明用于高爾夫球的發(fā)球裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖11為本發(fā)明超聲波測距時序圖。
【具體實施方式】
[0025]一種采用光伏電源的智能撿球、發(fā)球及保潔裝置，包括小車1，控制模塊2、光伏追蹤裝置3、儲物倉4、機(jī)械手臂5、攝像頭模塊6、發(fā)球裝置7安裝在小車I上；
控制模塊2連接光伏追蹤裝置3，控制光伏追蹤裝置3最強(qiáng)光強(qiáng)；控制模塊2連接機(jī)械手臂5，控制機(jī)械手臂5將拾取的垃圾、球類放到儲物倉4 ;控制模塊2連接攝像頭模塊6，控制攝像頭模塊6對掃描到的球類、垃圾自動進(jìn)行分類識別；控制模塊2連接發(fā)球裝置7，控制發(fā)球裝置7發(fā)出不同球類。
[0026]所述控制模塊2為DSP控制器。[0027]所述發(fā)球裝置7的設(shè)驅(qū)動/傳動裝置包括電機(jī)，電機(jī)連接齒輪組。
[0028]如圖1所示，在光伏板3.1、充電電池能量供給下，該裝置通過超聲波傳感器、攝像頭、光敏傳感器采集外界信號、將信號傳輸給DSP控制器處理，在DSP控制器的監(jiān)控下，完成保潔、球類識別、拾取和發(fā)球的任務(wù)。光伏追蹤裝置3使太陽能得到更好地利用，并降低了太陽能板的規(guī)格。
[0029]如圖2、圖3所示，小車I由底板和輪子組成，控制模塊2、光伏追蹤裝置3、儲物倉
4、機(jī)械手臂5、攝像頭模塊6和發(fā)球裝置7按一定的順序排列在小車I上。
[0030]控制模塊2為整個裝置的信息搜集和反饋中樞。實現(xiàn)功能有:控制小車I對運動場地進(jìn)行巡視；根據(jù)外界光強(qiáng)控制光伏追蹤裝置3始終追蹤到最強(qiáng)光強(qiáng)；控制機(jī)械手臂5將拾取的垃圾和球類放到儲物倉4對應(yīng)的部分；控制攝像頭模塊6對掃描到的球類和垃圾自動進(jìn)行分類識別；控制發(fā)球裝置7發(fā)出不同的球類。
[0031]如圖4所示，光伏追蹤裝置3是一種光電式太陽跟蹤裝置，通過使用光敏傳感器來測定入射太陽光線和跟蹤裝置主光軸間的偏差，當(dāng)偏差超過一個閉值時，DSP控制器控制步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，使光伏板正對太陽，到達(dá)接受光線最佳位置，從而實現(xiàn)對太陽高度角和方位角的跟蹤。
[0032]如圖5所示，所述光伏追蹤裝置3由:光伏板3.1、支架3.2、圓形云臺3.3組成，光伏板3.1安裝在支架3.2上，支架3.2控制光伏板3.1上下移動，支架3.2安裝在圓形云臺3.3上，圓形云臺3.3控制光伏板3.1在水平360°范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動。控制模塊2控制光伏板3.1始終正對光照強(qiáng)度最大的角度，最大效率的利用太陽能發(fā)電。當(dāng)光伏板3.1追蹤光強(qiáng)最大角度時，支架3.2控制光伏板3.1上下范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)動，下面的圓形云臺3.3控制光伏板3.1左右360度轉(zhuǎn)動，從而保證光伏板3.1使始終自動追蹤到最強(qiáng)光強(qiáng)。
[0033]如圖6所示，儲物倉4由兩部分組成，中間用隔板隔離。當(dāng)攝像頭模塊6對球類垃圾進(jìn)行判別分類后，由機(jī)械手臂5將球類和垃圾放到儲物倉4對應(yīng)的部分，從而實現(xiàn)物品的儲存功能。此外,儲物倉4中儲存垃圾的部分還將一面做成類似抽屜功能，當(dāng)此部分垃圾儲滿時，可將此部分拉出傾倒后繼續(xù)儲存垃圾，簡化儲存垃圾的處理流程。
[0034]如圖7所示，機(jī)械手臂5由控制中心2進(jìn)行控制，接收其發(fā)球的各種指令而進(jìn)行相應(yīng)的動作。其可以實現(xiàn)抓手的開合和距離大小的控制，同時還可以控制及機(jī)械臂的伸縮和長度的控制。從而保證能夠拾取一定距離內(nèi)不同形狀和大小的物體，將其準(zhǔn)確放入儲物倉4中相應(yīng)部分。
[0035]如圖8所示，為了智能識別垃圾、球，本發(fā)明通過攝像頭0V7670+AL422B采集信號，傳給DSP28335，在DSP28335的處理后判別出物體。攝像頭模塊6由攝像頭和控制中心組成。可對當(dāng)前掃描到的物體(垃圾或球類)進(jìn)行識別和分類，根據(jù)識別結(jié)果將不同指令傳遞給控制模塊2，控制模塊2根據(jù)接收的信息控制機(jī)械手臂5執(zhí)行不同的動作。
[0036]如圖9所示，所述發(fā)球裝置7包括底盤7.1，底盤7.1內(nèi)設(shè)驅(qū)動/傳動裝置，驅(qū)動/傳動裝置連接旋轉(zhuǎn)盤7.2，旋轉(zhuǎn)盤7.2上固定安裝有力度調(diào)節(jié)桿7.5，力度調(diào)節(jié)桿7.5隨旋轉(zhuǎn)盤7.2 一起轉(zhuǎn)動；該發(fā)球裝置7固定安裝有彈簧，彈簧連接擊球桿7.3，該發(fā)球裝置7上部固定有一管道槽7.4，管道槽7.4兩端分別為:進(jìn)球口 7.4.1、出球口 7.4.2，擊球桿7.3的擊球端部對應(yīng)出球口 7.4.2。
[0037]球從進(jìn)球口 7.4.1進(jìn)入管道槽7.4，落在出球口 7.4.2，電機(jī)帶動齒輪組轉(zhuǎn)動，從而帶動旋轉(zhuǎn)盤7.2轉(zhuǎn)動，力度調(diào)節(jié)桿7.5固定在旋轉(zhuǎn)盤7.2上面，隨旋轉(zhuǎn)盤7.2 一起轉(zhuǎn)動，當(dāng)力度調(diào)節(jié)桿7.5轉(zhuǎn)到右側(cè)時，撥動擊球桿7.3，連接擊球桿7.3的兩個彈簧一個被拉伸，另一個被壓縮，當(dāng)力度調(diào)節(jié)桿7.5轉(zhuǎn)過一個角度，擊球桿7.3會在彈簧的作用力下恢復(fù)到原來的位置，從而將球從出球口 7.4.2擊打出去。力度調(diào)節(jié)桿7.5可以改變位置，從而改變撥動擊球桿7.3的角度，控制擊球的力度，最終實現(xiàn)發(fā)遠(yuǎn)球或近球和不同種類球的功能。發(fā)球裝置7的電機(jī)通過帶動不同大小齒輪組實現(xiàn)力矩的傳遞，給不同球類提供不同的發(fā)球力度，保證所發(fā)球的力度合適，實現(xiàn)其發(fā)球的準(zhǔn)確性和發(fā)球成功率。
[0038]如圖9所示，所述發(fā)球裝置7包括底盤7.1，底盤7.1內(nèi)設(shè)驅(qū)動/傳動裝置，驅(qū)動/傳動裝置連接豎直支撐桿7.6，該發(fā)球裝置7固定有一管道槽7.4，管道槽7.4 一端設(shè)有豎直進(jìn)球口 7.4.3，豎直支撐桿7.6 一端對應(yīng)豎直進(jìn)球口 7.4.3。由于高爾夫球需要人通過擊球桿擊打出去，不是由機(jī)械結(jié)構(gòu)擊球發(fā)出，與其它小球類:網(wǎng)球、棒球等發(fā)球原理有所不同。因此結(jié)構(gòu)有一定差異，其發(fā)球原理為:當(dāng)高爾夫在豎直進(jìn)球口 7.4.3通過，電機(jī)帶動豎直支撐桿7.6以一定的頻率在豎直面內(nèi)往復(fù)運動，當(dāng)球落入管道槽7.4后，電機(jī)帶動豎直支撐桿
7.6向下運動，球落入擊球點；當(dāng)球被擊出后，豎直支撐桿7.6向上運動，重復(fù)上述過程，從而實現(xiàn)發(fā)球功能。
[0039]超聲波傳感器:
如圖11所示，為了對需撿垃圾、球的位置精確定位，裝置采用超聲波測距，超聲波測距的基本工作原理:通過DS028335產(chǎn)生4KHZ的PWM波來給予此超聲波測距模塊一觸發(fā)信號后發(fā)射超聲波，并記下此時的時間T1,當(dāng)4KHZ的超聲波投射到物體而反射回來時，模塊輸出一回響信號，此時的時間T2,以觸發(fā)信號和回響信號間的時間差t，來判定物體的距離S。由于超聲波常溫下在空氣中的傳播速度約為340m/s，所以發(fā)射點距障礙物之間的距離為:S=340 t/2=170 t (I)
Megal6時鐘頻率fosc取8MHz,設(shè)計數(shù)值N,則機(jī)器周期T =8/fosc=l μ s, t=NT

S=170XNXT (2)
程序中按式(2)計算距離。
[0040]霍爾傳感器:
為了使機(jī)器人精確的移動到垃圾、球的位置，本裝置不僅通過PWM波控制電機(jī)速度，并且利用霍爾傳感器測出機(jī)器人移動速度，從而精確到達(dá)目的地，本發(fā)明裝置的霍爾效應(yīng)測距原理:磁場對載流子的作用改變了載流子的運動軌跡，使得通過霍爾元件的電流密度下降，即出現(xiàn)半導(dǎo)體電阻率增大.引起霍爾元件的電阻改變，再把這一電阻信號轉(zhuǎn)換為電壓信號。本裝置通過在電機(jī)上安裝的小磁片隨電機(jī)轉(zhuǎn)動時，使霍爾元件模塊輸出高低電平，將這一信號傳給DSP28335處理，記下它的脈沖頻域P。其表達(dá)式如下:
【權(quán)利要求】
1.一種采用光伏電源的智能撿球、發(fā)球及保潔裝置，包括小車(1)，控制模塊(2)、光伏追蹤裝置(3)、儲物倉(4)、機(jī)械手臂(5)、攝像頭模塊(6)、發(fā)球裝置(7)安裝在小車(I)上； 其特征在于，控制模塊(2)連接光伏追蹤裝置(3)，控制光伏追蹤裝置(3)最強(qiáng)光強(qiáng)； 控制模塊(2)連接機(jī)械手臂(5)，控制機(jī)械手臂(5)將拾取的垃圾、球類放到儲物倉(4)； 控制模塊(2)連接攝像頭模塊(6)，控制攝像頭模塊(6)對掃描到的球類、垃圾自動進(jìn)行分類識別； 控制模塊(2 )連接發(fā)球裝置(7 )，控制發(fā)球裝置(7 )發(fā)出不同球類。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種采用光伏電源的智能撿球、發(fā)球及保潔裝置，其特征在于，所述控制模塊(2)為DSP控制器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種采用光伏電源的智能撿球、發(fā)球及保潔裝置，其特征在于，所述光伏追蹤裝置(3)由:光伏板(3.1)、支架(3.2)、圓形云臺(3.3)組成，光伏板(3.1)安裝在支架(3.2)上，支架(3.2)控制光伏板(3.1)上下移動，支架(3.2)安裝在圓形云臺(3.3)上，圓形云臺(3.3)控制光伏板(3.1)在水平360°范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種采用光伏電源的智能撿球、發(fā)球及保潔裝置，其特征在于，所述發(fā)球裝置(7 )包括底盤(7.1)，底盤(7.1)內(nèi)設(shè)驅(qū)動/傳動裝置，驅(qū)動/傳動裝置連接旋轉(zhuǎn)盤(7.2)，旋轉(zhuǎn)盤(7.2)上固定安裝有力度調(diào)節(jié)桿(7.5)，力度調(diào)節(jié)桿(7.5)隨旋轉(zhuǎn)盤(7.2) —起轉(zhuǎn)動；
該發(fā)球裝置(7)固定安裝有彈簧，彈簧連接擊球桿(7.3)，該發(fā)球裝置(7)上部固定有一管道槽(7.4)，管道槽(7.4)兩端分別為:進(jìn)球口(7.4.1)、出球口(7.4.2)，擊球桿(7.3)的擊球端部對應(yīng)出球口(7.4.2)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種采用光伏電源的智能撿球、發(fā)球及保潔裝置，其特征在于，所述發(fā)球裝置(7)包括底盤(7.1)，底盤(7.1)內(nèi)設(shè)驅(qū)動/傳動裝置，驅(qū)動/傳動裝置連接豎直支撐桿(7.6)，該發(fā)球裝置(7 )固定有一管道槽(7.4)，管道槽(7.4) —端設(shè)有豎直進(jìn)球口(7.4.3)，豎直支撐桿(7.6) 一端對應(yīng)豎直進(jìn)球口(7.4.3)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或4或5所述一種采用光伏電源的智能撿球、發(fā)球及保潔裝置，其特征在于，所述發(fā)球裝置(7)的設(shè)驅(qū)動/傳動裝置包括電機(jī)，電機(jī)連接齒輪組。
7.一種采用光伏電源的智能撿球、發(fā)球及保潔裝置，該裝置用于戶外運動場時球類的拾取和發(fā)球，以及球類垃圾清理。
【文檔編號】A63B69/40GK104027967SQ201310072786
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2013年3月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月7日
【發(fā)明者】馬鍵, 袁建華, 王青, 楊帆, 陳凡, 馬磊, 馬哲 申請人:馬鍵