本實(shí)用新型屬于機(jī)器人領(lǐng)域，具體涉及一種自動(dòng)撿乒乓球的機(jī)器人。

背景技術(shù)：

在乒乓球館中的日常訓(xùn)練過程中，撿取散落在各處的乒乓球?qū)τ谶\(yùn)動(dòng)員而言是一件較為消耗體力的工作。而且據(jù)醫(yī)療統(tǒng)計(jì)研究，在劇烈運(yùn)動(dòng)過程中，頻繁彎腰撿球會(huì)增大后期運(yùn)動(dòng)受傷的風(fēng)險(xiǎn)。

申請(qǐng)?zhí)枮?01410109219.5的發(fā)明專利公開了一種撿球機(jī)，其通過在抽吸管后段設(shè)有抽吸艙，將球吸入艙內(nèi)，在球類運(yùn)動(dòng)過程中撿球操作簡(jiǎn)便、省時(shí)省力，且能夠擦拭球體并抽吸菌塵，減輕了運(yùn)動(dòng)人員的工作難度。但是，由于該裝置不能自動(dòng)在乒乓球館中巡航并發(fā)現(xiàn)球體，因此必須要依賴于人的操作，無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)撿球。申請(qǐng)?zhí)枮?01510229859.4的發(fā)明專利公開了一種網(wǎng)球撿球機(jī)的撿球系統(tǒng)，該撿球系統(tǒng)通過中央處理器接收紅外測(cè)距傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù)，并根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)出運(yùn)動(dòng)指令；然后通過驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，在中央處理單元的驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)撿球機(jī)的行走過程的變速與轉(zhuǎn)彎。而其撿球裝置，由二自由度機(jī)械臂和舵機(jī)驅(qū)動(dòng)電路組成，采用二自由度機(jī)械臂完成夾球、運(yùn)球和放球動(dòng)作。該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化撿球，但其機(jī)械臂適用于網(wǎng)球，針對(duì)乒乓球的撿球效果不佳，容易導(dǎo)致乒乓球因?yàn)閴毫Χ枷?。因此，目前亟待于開發(fā)一種自動(dòng)撿乒乓球的機(jī)器人。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種自動(dòng)撿乒乓球的機(jī)器人，所采用的具體技術(shù)方案如下：

自動(dòng)撿乒乓球的機(jī)器人，包括車輛本體、單片機(jī)、舵機(jī)、電源、擺臂、球框和彈性繩；所述的車輛本體的前端鉸接有擺臂；擺臂頂部固定有圓柱形球框，球框的前端開口，后端封閉，且在開口一側(cè)的橫截面上固定有若干條間隔排布的彈性繩，相鄰兩條彈性繩的間距小于待撿乒乓球的直徑；彈性繩所處的橫截面與球框開口所處的端面間距離小于待撿乒乓球半徑的1/2；擺臂底部與舵機(jī)的動(dòng)力輸出軸連接，控制其旋轉(zhuǎn)角度；舵機(jī)與單片機(jī)和電源相連。

作為優(yōu)選，所述的車輛本體還設(shè)置有紅外傳感器、超聲傳感器和圖像識(shí)別模塊，紅外傳感器和超聲傳感器設(shè)置于車輛本體的前端，用于在車輛行進(jìn)過程中檢測(cè)與前方物體之間的距離；圖像識(shí)別模塊與單片機(jī)相連，用于采集前方圖像并進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別。

作為優(yōu)選，所述的彈性繩處于預(yù)緊狀態(tài)。

作為優(yōu)選，所述的彈性繩均沿水平方向設(shè)置。

作為優(yōu)選，所述的彈性繩的間距為待撿乒乓球直徑的1/2～3/4。

本實(shí)用新型通過特殊設(shè)計(jì)的撿球機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了撿取乒乓球的高效自動(dòng)化。而且，該機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低。另外，與紅外傳感器、超聲傳感器和圖像識(shí)別模塊進(jìn)行耦合后，能夠?qū)崿F(xiàn)在的大范圍的場(chǎng)館中巡航，自動(dòng)撿球。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型中自動(dòng)撿乒乓球的機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型中擺臂和球框組成的撿球機(jī)構(gòu)示意圖。

圖中：車底座1、紅外傳感器2、超聲傳感器3、單片機(jī)4、藍(lán)牙模塊5、舵機(jī)6、底座7、電源8、擺臂9、球框10、圖像識(shí)別模塊11、彈性繩12和乒乓球13。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步闡述和說明。本實(shí)用新型中各個(gè)實(shí)施方式的技術(shù)特征在沒有相互沖突的前提下，均可進(jìn)行相應(yīng)組合。

如圖1所示，一種自動(dòng)撿乒乓球的機(jī)器人，包括車輛本體1、單片機(jī)4、舵機(jī)6、電源8、擺臂9、球框10和彈性繩12。車輛本體1為一輛由電力驅(qū)動(dòng)的微型車，具有底盤和四個(gè)車輪，底盤的上方平面可以作為各配置組件的搭載平臺(tái)。底盤上靠近前進(jìn)方向的前端部位，鉸接有兩條擺臂9。如圖2所示，兩條擺臂9頂部固定有用于容納收集的乒乓球的球框10。球框10呈圓柱形，前端開口，后端封閉，且在開口一側(cè)的橫截面上固定有若干條彈性繩12。彈性繩可采用橡皮筋或者其他具有彈性的條帶。彈性繩12間隔排布，相互平行，能夠覆蓋整個(gè)球框10的橫截面。相鄰兩條彈性繩12的間距需要小于待撿乒乓球的直徑，一般可設(shè)置間距為待撿乒乓球直徑的1/2～3/4，該間距下能夠較好地將乒乓球13卡入間隙內(nèi)。彈性繩12所處的橫截面與球框10開口所處的端面間距離小于待撿乒乓球半徑的1/2，因此當(dāng)球框10接觸地面時(shí)，乒乓球的橫截面最大處能夠進(jìn)入兩條彈性繩12之間，實(shí)現(xiàn)乒乓球的收集。擺臂9底部與舵機(jī)6的動(dòng)力輸出軸連接，控制其旋轉(zhuǎn)角度；舵機(jī)6與單片機(jī)4和電源8相連。電源8也作為車輛本體1的車輪行進(jìn)動(dòng)力，單片機(jī)4同時(shí)也控制車輪的運(yùn)動(dòng)。

由于乒乓球本身的特點(diǎn)，不能承受較高的壓力，否則會(huì)導(dǎo)致其球體凹陷，上述捕捉結(jié)構(gòu)完美地解決了乒乓球的撿取問題。

該機(jī)器人的撿球過程為：擺臂9常規(guī)狀態(tài)下，處于垂直方向。需要撿球時(shí)，車輛本體1在單片機(jī)4的控制下，以朝著乒乓球的方向前進(jìn)，當(dāng)靠近乒乓球時(shí)，由單片機(jī)4控制舵機(jī)6旋轉(zhuǎn)，使擺臂9下放，球框10開口處倒向乒乓球，乒乓球卡入兩條彈性繩12之間，當(dāng)乒乓球的橫截面最大處通過彈性繩12后，乒乓球便被收集于球框10內(nèi)。由于乒乓球質(zhì)量較輕，在后續(xù)的收集過程中也無法突破彈性繩12的阻力重新掉出。為了更好地實(shí)現(xiàn)撿球，彈性繩12需要處于預(yù)緊狀態(tài)，預(yù)緊力不能過大，也不能過小，可以根據(jù)多次試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。理論上，彈性繩12的方向可以朝任意的徑向設(shè)置，但是試驗(yàn)表面，在擺臂垂直狀態(tài)下，彈性繩12沿水平方向設(shè)置是撿球效果最佳的，此時(shí)當(dāng)擺臂下方時(shí)，彈性繩方向與車輛行進(jìn)方向垂直。

上述方案僅能夠?qū)崿F(xiàn)乒乓球的半自動(dòng)收集，因?yàn)檐囕v無法自動(dòng)巡航并定位乒乓球位置，因此可考慮增加圖像識(shí)別模塊。在另一實(shí)施例中，車輛本體1上還設(shè)置有紅外傳感器2、超聲傳感器3和圖像識(shí)別模塊11，其均與單片機(jī)相連進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。紅外傳感器2和超聲傳感器3設(shè)置于車輛本體1的前端，用于在車輛行進(jìn)過程中檢測(cè)與前方物體之間的距離。圖像識(shí)別模塊11放置于底座7上，與單片機(jī)4相連，以便采集前方圖像并進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別。當(dāng)圖像識(shí)別模塊11檢測(cè)到乒乓球的存在時(shí)，單片機(jī)4驅(qū)動(dòng)車輪朝乒乓球目標(biāo)方向移動(dòng)，并在移動(dòng)過程中通過紅外傳感器2、超聲傳感器3同時(shí)檢測(cè)距離乒乓球的距離。當(dāng)靠近球時(shí)，自動(dòng)執(zhí)行撿球動(dòng)作。使用兩種傳感器的原因是：紅外傳感器速度快精度高，但是對(duì)于光線條件敏感。超聲傳感器速度慢精度低，但是不會(huì)受到光線條件影響。同時(shí)使用兩種傳感器可以相互進(jìn)行校驗(yàn)，不會(huì)產(chǎn)生較大誤差。當(dāng)然，行進(jìn)過程中也需要通過兩個(gè)傳感器檢測(cè)障礙，只要其中一個(gè)檢測(cè)到障礙就執(zhí)行避障程序，可以提高避障效率。在本實(shí)施例中，單片機(jī)4型號(hào)為STM32F103ZET6，圖像識(shí)別模塊11采用Pixy CMUcam5型號(hào)，均為市售產(chǎn)品。當(dāng)然圖像識(shí)別模塊11也可以直接用現(xiàn)有的智能手機(jī)代替，通過圖1中的藍(lán)牙模塊5與單片機(jī)相連，以減少成本。

以上所述的實(shí)施例只是本實(shí)用新型的一種較佳的方案，然其并非用以限制本實(shí)用新型。有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型。因此凡采取等同替換或等效變換的方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。