本發(fā)明涉及自動控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種智能巡檢拾取乒乓球的裝置。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)代的乒乓球訓練館中，地上存在大量的散落的乒乓球待拾取，而對于散落乒乓球的拾取往往花費大量的人工去拾取，這不僅消耗大量的人力，而且是一項枯燥乏味的工作。

目前對于乒乓球館等地的乒乓球拾取，并沒有太智能的方法，主要依賴于簡單的隨機巡邏和圖像識別來辨別乒乓球；單純的隨機巡邏效率不僅低下，而且存在很大的巡邏盲區(qū)，不能完全高效的進行區(qū)域巡邏，同時對于圖像處理方法，盡管目前技術(shù)較為先進，識別率也很高，但是成本較為昂貴，增加后期維護成本，同時識別效率不是很高；同時在乒乓球館中，存在一定的人員，而以往的設(shè)備無法識別人員的活動區(qū)域，容易造成人員與設(shè)備的碰撞。

隨著智能控制理論和技術(shù)的飛速發(fā)展，智能地圖構(gòu)建方法在機器人領(lǐng)域飛速的發(fā)展，為陌生環(huán)境地圖構(gòu)建和自動控制提供了良好的基礎(chǔ)，而現(xiàn)代對于智能機器人的要求也越加的迫切，為此在一定的理論基礎(chǔ)上做出應(yīng)用性的嘗試。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種智能巡檢拾取乒乓球的裝置，實現(xiàn)對乒乓球館的智能巡檢。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：提供一種智能巡檢拾取乒乓球的裝置，包括小車，所述小車上安裝有控制器、地圖構(gòu)建模塊、抓取模塊、識別定位模塊和移動模塊；所述控制器分別與地圖構(gòu)建模塊、抓取模塊和識別定位模塊相連；所述控制器用于協(xié)調(diào)各個模塊的工作；所述地圖構(gòu)建模塊通過測距裝置探測周圍環(huán)境，對周圍環(huán)境進行地圖構(gòu)建和對電動小車進行定位；所述識別定位模塊用于識別出乒乓球及乒乓球所處的位置；所述抓取模塊用于拾取乒乓球；所述移動模塊用于根據(jù)識別定位模塊識別出的乒乓球所述的位置帶動小車移動到乒乓球附近以使得所述抓取模塊拾取乒乓球。

所述地圖構(gòu)建模塊在完成地圖構(gòu)建后還用于規(guī)劃最優(yōu)巡邏路線，所述控制器控制移動模塊以最優(yōu)巡邏路線帶動小車運動。

所述地圖構(gòu)建模塊通過激光雷達探測周圍環(huán)境。

所述識別定位模塊包括紅外傳感器和超聲波雷達；所述紅外傳感器用于識別出乒乓球；所述超聲波雷達用于判斷乒乓球所處的位置是否在拾取范圍內(nèi)。

所述紅外傳感器共有三個，所述三個紅外傳感器兩兩之間的夾角為120度。

所述抓取模塊包括機械手臂和舵機；所述舵機用于帶動機械手臂；所述機械手臂上安裝有壓電薄膜；所述壓電薄膜用于檢測機械手臂拾取乒乓球時的夾力；所述控制器根據(jù)壓電薄膜檢測到的夾力控制所述機械手臂的力度。

所述小車上還安裝有地磁感應(yīng)模塊，所述地磁感應(yīng)模塊用于檢測場館內(nèi)的地磁線以確定人員活動范圍。

所述控制器還通過無線傳輸協(xié)議與遙控裝置相連。

有益效果

由于采用了上述的技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點和積極效果：

本發(fā)明基于室內(nèi)自動定位與地圖構(gòu)建和自動控制技術(shù)，實現(xiàn)對乒乓球館的智能巡檢，智能識別人員活動區(qū)域，防止人員的碰撞，盡量降低對人員活動的干擾，同時通過紅外的智能形狀識別與超聲波雷達測距，可以識別出乒乓球的具體位置，配合小車上的機械手臂可以輕松的抓取乒乓球。

本發(fā)明可以很好的適用與乒乓球訓練館以及戶外的乒乓球練習場地，無需提前知道場地的環(huán)境地圖，完全可以快速的適用場地，建立高效的巡檢方式，而且通過紅外的智能識別系統(tǒng)可以高效的而且低成本的解決乒乓球的識別工作，可以控制機械手臂抓取乒乓球的力度，以防用力過大抓壞乒乓球，或者用力太小未抓牢乒乓球。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)方框圖；

圖2是本發(fā)明超聲波檢測示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。

本發(fā)明的實施方式涉及一種智能巡檢拾取乒乓球的裝置，包括小車，所述小車上安裝有控制器、地圖構(gòu)建模塊、抓取模塊、識別定位模塊和移動模塊；所述控制器分別與地圖構(gòu)建模塊、抓取模塊和識別定位模塊相連；所述控制器用于協(xié)調(diào)各個模塊的工作；所述地圖構(gòu)建模塊通過測距裝置探測周圍環(huán)境，對周圍環(huán)境進行地圖構(gòu)建和對電動小車進行定位；所述識別定位模塊用于識別出乒乓球及乒乓球所處的位置；所述抓取模塊用于拾取乒乓球；所述移動模塊用于根據(jù)識別定位模塊識別出的乒乓球所述的位置帶動小車移動到乒乓球附近以使得所述抓取模塊拾取乒乓球。所述小車上還安裝有地磁感應(yīng)模塊，所述地磁感應(yīng)模塊用于檢測場館內(nèi)的地磁線以確定人員活動范圍。

本實施方式中，地圖構(gòu)建模塊采用激光雷達實現(xiàn)；識別定位模塊由超聲波雷達和紅外傳感器組成；抓取模塊采用機械手臂裝置，該機械手臂裝置主要為2個舵機和一個機械夾，機械夾上安裝有壓電薄膜。移動模塊采用直流電動機，直流電機直接與小車的驅(qū)動輪的軸相連，置于小車的底部，直流電機轉(zhuǎn)動，則可以帶動小車的輪子轉(zhuǎn)動。通過控制器控制直流電機達到控制小車的行駛速度，并且控制小車的兩個輪子旋轉(zhuǎn)的速度不同，便可以控制小車進行轉(zhuǎn)彎?？刂破鲹魏诵牡呐袛嘧R別控制和地圖的構(gòu)建處理工作，控制整個的系統(tǒng)的平穩(wěn)高效的運行。

激光雷達主要是功能是探測周圍環(huán)境，方便位置環(huán)境中的地圖構(gòu)建和小車的自我定位，并且在地圖構(gòu)建后自動規(guī)劃最優(yōu)巡邏的路線，使得控制器能夠控制移動模塊以最優(yōu)巡邏的路線進行巡邏。

超聲波雷達和紅外傳感器共同配合識別出乒乓球和判斷其具體的位置，方便小車快速的抓取乒乓球。

地磁感應(yīng)模塊通過配合提前在場館設(shè)置的地磁線，可以快速的判定人員活動區(qū)域，以防小車誤闖。

所述控制器還通過無線傳輸協(xié)議與遙控裝置相連，通過遙控裝置可以提高小車的娛樂性，可以人為控制小車進行巡檢或者乒乓球的抓取。

機械手臂裝置主要是為了快速的抓取乒乓球，其中配合機械夾上的壓電薄膜，可以很好的控制抓取力度，以免夾壞乒乓球。

本發(fā)明可以運用于完全陌生的環(huán)境中，通過地磁感應(yīng)模塊，人為限定出人員活動區(qū)域以后，在地上放置地磁線；也可以不做出限定，小車能夠通過紅外傳感器自動避開；小車先開始進行地圖構(gòu)建和乒乓球的自動識別和抓取，然后通過構(gòu)建好以后的地圖可以快速的進行路線的規(guī)劃，方便快速的高效的對整個場地進行巡檢，拾取散落在地的乒乓球。

系統(tǒng)通過調(diào)用ros中的第三方節(jié)點hectormapping，實現(xiàn)根據(jù)獲取的激光雷達信息進行定位和地圖構(gòu)建的功能。通過平面布局，快速的來回和交叉巡檢。

把三路e18-d80nk紅外傳感器和兩路hc-sr04超聲波雷達模塊安裝到可旋轉(zhuǎn)的舵機上面，可以實現(xiàn)120度、半徑約0.5米范圍內(nèi)的障礙物檢測。三路紅外模塊隨舵機轉(zhuǎn)動尋球，當中間一路掃到有障礙物，而旁邊兩路沒有掃到時，判斷為檢測到小球。然后驅(qū)動小車調(diào)整車身方向前去撿球，當前面兩路超聲波檢測小球在可撿范圍內(nèi)，超聲波檢測示意如圖2所示，放下機械爪抓取乒乓球。

由此可見，本發(fā)明在完成地圖構(gòu)建以后，采取高效率的交叉式巡邏方式，同時配合智能乒乓球識別和120度大角度的掃描巡檢，可以快速的檢測整個區(qū)域的散落乒乓球，并且配合機械爪抓取乒乓球。

為了避免在抓取的時候破壞乒乓球或者未抓牢乒乓球，此時在機械爪上內(nèi)置一塊pvdf壓電薄膜；在抓取到小球時，壓電薄膜此時處于乒乓球和機械夾的中間，當壓力變化時，此時的電壓也會隨之發(fā)生變化，電壓變化值傳輸?shù)娇刂破?，通過在控制器上提前在編寫的控制力度范圍，此時控制器可以根據(jù)電壓變化值可以完美控制抓取力度，保護好乒乓球不受損害。

遙控裝置通過手桿和操作按鍵給出速度和方向的控制量，通過nrf905射頻模塊的發(fā)送端把數(shù)據(jù)傳輸給小車的無線接收端，經(jīng)單片機數(shù)據(jù)處理后驅(qū)動小車行駛和控制小車抓取乒乓球；同時也可以通過按鍵控制小車進行一鍵返回與自動撿球功能。

小車通過12860電池組進行供電，電池輸出的電壓經(jīng)過lm2576降壓模塊穩(wěn)壓到12v給小車芯片還有電機和舵機驅(qū)動供電；為小車的活動提供能源。其中在電池輸出模塊上加裝霍爾傳感器，可以實時監(jiān)測電池的輸出電流，當小車電池電量不夠時，小車可以及時的執(zhí)行返航程序，進行無線充電，避免小車因為電池電量不足而停止工作。

不難發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明可以很好的適用與乒乓球訓練館以及戶外的乒乓球練習場地，無需提前知道場地的環(huán)境地圖，完全可以快速的適用場地，建立高效的巡檢方式，而且通過紅外的智能識別系統(tǒng)可以高效的而且低成本的解決乒乓球的識別工作，可以控制機械手臂抓取乒乓球的力度，以防用力過大抓壞乒乓球，或者用力太小未抓牢乒乓球。