本發(fā)明涉及機器人領域，具體涉及一種機器視覺的網(wǎng)球自動撿球機器人，。
背景技術：
網(wǎng)球運動作為一項盛行于全世界的球類運動，它運動量可靈活調(diào)節(jié)，是種很好的有氧運動，并且還可以鍛煉思維及反應速度，所以現(xiàn)在打網(wǎng)球的人越來越多。在練習網(wǎng)球時，球場上會散落許多球，每打出一次都會有一個球散落在一個不同的地方，所以撿球成了一個繁瑣的問題。
現(xiàn)對于網(wǎng)球的撿球問題主要有以下幾種方式：
1、人工撿球，這是一種較為常用的撿球方式，這種撿球方式就是，耗費人力，每個球場至少安排一人撿球，這樣撿球人員工作量較大，且消耗體力較多。
2、人工加撿球工具，包括撿球車和撿球器等，如專利號為200320128160.1，專利名稱為易于移動及撿球的網(wǎng)球撿球籃；專利號為201620407372.0，專利名稱為一種便攜筒狀網(wǎng)球撿球器；專利號為201520503738.x，專利名稱為一種圓筒形網(wǎng)球撿球器等，這類撿球方式雖相較于完全人工撿球提高效率，但還是得人工參加，也是每個球場至少安排一人撿球，這樣的人也是人力投入較大。
3、自主撿網(wǎng)球機器人，如專利號為200810183233.4，專利名稱為自主撿球機器人；及專利號為201520990978.7，專利名稱為一種可遠程遙控的網(wǎng)球撿球器等，此類撿球方式要么效率較低，智能性較差；要么需對整個訓練場建立復雜監(jiān)控系統(tǒng)再配合撿球，包括上位機，撿球系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等，這類撿球方式本身成本較高，具對場地有局限性，只能在固定場使用。
因此，針對當前網(wǎng)球撿球效率不高、人力成本較大以及現(xiàn)有撿球工具缺乏等問題，需要設計出使用方便，成本較低，智能化高，適合多種網(wǎng)球場的撿球工具。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是為了解決上述技術問題，提供一種機器視覺的網(wǎng)球自動撿球機器人，該機器人智能化程度高，設計靈活，操作簡單，可有效降低人力成本，實現(xiàn)高效率撿球。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下：
一種機器視覺的網(wǎng)球自動撿球機器人，包括撿球裝置，控制系統(tǒng)，頂部一側與撿球裝置可拆卸連接的集球箱，以及安裝在撿球裝置上的輔助撿球機械臂；所述控制系統(tǒng)包括設置在撿球裝置與集球箱之間的系統(tǒng)殼，設置在系統(tǒng)殼內(nèi)的主控mcu，設置在系統(tǒng)殼上并與主控mcu相連的供電單元、顯示器單元、避障單元和牽引單元，以及設置在撿球裝置頂部中間并與主控mcu相連的雙目攝像頭；所述撿球裝置底部設有前車輪，所述集球箱底部設有后車輪。
具體的說，所述撿球裝置包括殼體，設置在殼體內(nèi)的傳送帶式撿球結構；所述撿球結構包括位于上方的主動齒輪z和位于下方的從動齒輪w，鏈接在齒輪z和齒輪w外、并可在齒輪z的帶動下轉(zhuǎn)動的運球帶，以及水平方向垂直設置在運球帶上的多個撿球葉輪；所述齒輪z和齒輪w相互平行、且齒輪z和齒輪w的連線與地面呈45～70°角；所述相鄰兩個撿球葉輪之間的間距為網(wǎng)球直徑的1.2～1.5倍；所述齒輪z與牽引單元相連、并可在牽引單元帶動下自轉(zhuǎn)；所述殼體整體結構與撿球結構相匹配、且殼體與撿球結構之間的間距小于網(wǎng)球直徑；所述殼體下端設有與地面垂直的進球口，所述進球口兩側設有擋球板，進球口上邊沿到齒輪w的連線垂直于運球帶；所述殼體上端、與集球箱相接處設有出球口，所述出球口下邊沿到齒輪z的連線垂直與運球帶。
具體的說，所述輔助撿球機械臂包括一端設置在撿球裝置殼體側面的連接臂，以及連接臂另一端上依次連接的至少兩節(jié)活動臂，設置在連接臂與撿球裝置連接處、可實現(xiàn)垂直地面180°轉(zhuǎn)動的第一舵機，以及設置在連接臂與活動臂連接處和相鄰活動臂連接處、可實現(xiàn)720°轉(zhuǎn)動的第二舵機；所述第一舵機和每個第二舵機均與主控mcu相連。
更具體的說，所述供電單元包括電壓轉(zhuǎn)換器，與電壓轉(zhuǎn)換器相連的充放電保護電路，與充放電保護電路模塊相連的蓄電池；所述電壓轉(zhuǎn)換器的輸入端接有直流電源和太陽能電池板；所述電壓轉(zhuǎn)換器和蓄電池還均與主控mcu相連。
進一步的，所述牽引單元包括設置在系統(tǒng)殼底部并與主控mcu相連的牽引電機，設置在牽引電機一側并可在牽引電機帶動下做自轉(zhuǎn)運動的齒輪a，設置在齒輪a上方并與齒輪a嚙合的齒輪b；所述牽引電機與前車輪相連、并可帶動前車輪轉(zhuǎn)動；所述齒輪b與齒輪z鏈條連接、并可帶動齒輪z做自轉(zhuǎn)運動。
進一步的，所述顯示器單元包括設置在系統(tǒng)殼上并與主控mcu相連的觸摸顯示屏，所述觸摸顯示屏上還設有與主控mcu相連的電源開關鍵和運動速度調(diào)節(jié)鍵。
更進一步的，所述避障單元包括均與主控mcu相連的障礙物傳感器和轉(zhuǎn)動電機，所述障礙物傳感器設置在撿球裝置殼體前方，所述轉(zhuǎn)動電機設置在系統(tǒng)殼內(nèi)并與前車輪相連。
優(yōu)選的，所述集球箱包括底盤和箱體，所述底盤為與箱體底部相匹配的凹槽形結構，所述后車輪設置在底盤下方，所述箱體底部放置在底盤的凹槽內(nèi)、且頂部一側與撿球裝置殼體可拆卸連接。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
(1)本發(fā)明使用了視覺圖像處理的方式來進行網(wǎng)球檢測，能夠有目標性的運動到有網(wǎng)球地點實施撿球，且在一些狹小角落可使用輔助撿球機械臂進行撿球。
(2)本發(fā)明機器人的運動速度和撿球速度可根據(jù)球場散落的網(wǎng)球進行速度調(diào)節(jié)，并且，還可通過障礙物傳感器清楚直觀地感應運行路徑上是否存在障礙物，并可通過轉(zhuǎn)動電機帶動前輪轉(zhuǎn)動，以避開障礙物，智能化程度高。
(3)本發(fā)明機器人撿放球方式靈活，采用聯(lián)動運球帶，撿球葉輪撿球的方式對網(wǎng)球損害較小。
(4)本發(fā)明的聯(lián)動運球帶可加長，而加長運球帶可增加運球高度，進而可通過增加集球箱的高度的方式來增加箱體容納網(wǎng)球的數(shù)量，且箱體可獨立自由取放比較靈活方便。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的主視圖。
圖2為本發(fā)明的俯視圖。
圖3為本發(fā)明的左視圖。
圖4為本發(fā)明的工作狀態(tài)示意圖。
其中，附圖標記對應的名稱為：
1-系統(tǒng)殼，2-雙目攝像頭，3-前車輪，4-后車輪，5-殼體，6-齒輪z，7-齒輪w，8-運球帶，9-撿球葉輪，10-進球口，11-擋球板，12-出球口，13-連接臂，14-活動臂，15-第一舵機，16-第二舵機，17-箱體，18-牽引電機，19-齒輪a，20-齒輪b，21-觸摸顯示屏，22-電源開關鍵，23-運動速度調(diào)節(jié)鍵，24-障礙物傳感器，25-底盤。
具體實施方式
下面結合附圖說明和實施例對本發(fā)明作進一步說明，本發(fā)明的方式包括但不僅限于以下實施例。
本實施例主要是為了解決當前網(wǎng)球撿球效率不高、人力成本較大以及現(xiàn)有撿球工具缺乏的問題，提供的一種機器視覺的網(wǎng)球自動撿球機器人，該機器人具有使用方便、制作簡單、成本較低、智能化程度較高、撿球效率高的特點。
如圖1～圖4所示，一種機器視覺的網(wǎng)球自動撿球機器人，包括撿球裝置，輔助撿球機械臂，控制系統(tǒng)和集球箱。
所述撿球裝置包括殼體5和設置在殼體內(nèi)撿球結構。
如圖1和圖4所示，所述撿球結構整體呈傾斜設置，為了使網(wǎng)球能夠更好的被撿球結構傳送至集球箱，該撿球結構整體與地面呈45～70°夾角。所述撿球結構包括位于上方的主動齒輪z6和位于下方的從動齒輪w7，鏈接在齒輪z和齒輪w外的運球帶8，以及設置在運球帶上的多個撿球葉輪9；其中，當齒輪z6做自轉(zhuǎn)運動時可帶動運球帶8轉(zhuǎn)動，而隨著運球帶8轉(zhuǎn)動，齒輪w7也會隨之做自轉(zhuǎn)運動，整體形成類似傳送帶的結構，即齒輪z和齒輪w的連線與地面也呈45～70°夾角；此外，撿球葉輪9均是從水平方向上垂直于運球帶8設置的，且每相鄰兩個撿球葉輪9之間的間距為網(wǎng)球直徑的1.2～1.5倍，可確保網(wǎng)球能夠順利撿起，并在撿起后迅速傳送到集球箱內(nèi)，方便后續(xù)的撿球操作。
如圖1所示，所述殼體5與撿球結構之間的間距小于網(wǎng)球直徑，可有效防止網(wǎng)球在傳送途中從殼體與撿球葉輪之間掉落；所述殼體下端設有與地面垂直的進球口10，所述進球口前后兩側設有擋球板11，可防止網(wǎng)球在進入進球口10之前因進球口的阻力發(fā)生偏移，進球口上邊沿到齒輪w7的連線垂直于運球帶8；所述殼體上端、與集球箱相接處設有出球口12，所述出球口下邊沿到齒輪z的連線垂直與運球帶。其中，殼體5整體結構與撿球結構相匹配，具體的說，殼體5左右兩側與運球帶8平行，且殼體左右兩側的長度與齒輪z和w圓心間距相一致，殼體上表面則是以齒輪z為圓心延長四分之一圓弧，邊沿則作為出球口的上邊沿，殼體下表面以齒輪w為圓心延長六分之一圓弧再延長至進球口下邊沿。
如圖1～圖3所示，所述輔助撿球機械臂主要用于輔助撿起位于角落等狹小不便于撿球位置的網(wǎng)球，該輔助撿球機械臂包括一端設置在撿球裝置殼體側面的連接臂13，以及連接臂另一端上依次連接的至少兩節(jié)活動臂14，設置在連接臂與撿球裝置連接處、可實現(xiàn)垂直地面180°轉(zhuǎn)動的第一舵機15，以及設置在連接臂與活動臂連接處和相鄰活動臂連接處、可實現(xiàn)720°轉(zhuǎn)動的第二舵機16。
如圖1所示，所述控制系統(tǒng)包括設置在撿球裝置與集球箱之間的系統(tǒng)殼1，設置在系統(tǒng)殼內(nèi)的主控mcu，設置在系統(tǒng)殼上并與主控mcu相連的供電單元、顯示器單元、避障單元和牽引單元，以及設置在撿球裝置頂部中間并與主控mcu相連的雙目攝像頭2；所述撿球裝置底部前后兩側各設有一個前車輪3，所述集球箱底部前后兩側各設有一個后車輪4。所述雙目攝像頭2用于采集網(wǎng)球場視頻圖像，然后傳輸給主控mcu對視頻圖像進行處理，以判斷雙目攝像頭攝像范圍內(nèi)是否有待撿的網(wǎng)球。
其中，所述供電單元包括電壓轉(zhuǎn)換器，與電壓轉(zhuǎn)換器相連的充放電保護電路，與充放電保護電路模塊相連的蓄電池；所述電壓轉(zhuǎn)換器的輸入端接有直流電源和太陽能電池板；所述電壓轉(zhuǎn)換器和蓄電池還均與主控mcu相連。該供電單元既可通過蓄電池為整個機器人供電，還可直接通過直流電源或太陽能電池板供電，可確保本實施例機器人隨時能夠正常使用。
所述顯示器單元包括設置在系統(tǒng)殼上并與主控mcu相連的觸摸顯示屏21，所述觸摸顯示屏主要顯示剩電量情況、開啟時運動速度等信息，這些信息由主控mcu傳輸提供。并且，所述觸摸顯示屏上還設有與主控mcu相連的電源開關鍵22和運動速度調(diào)節(jié)鍵23。
所述避障單元包括均與主控mcu相連的障礙物傳感器24和轉(zhuǎn)動電機，所述障礙物傳感器設置在撿球裝置殼體前方，所述轉(zhuǎn)動電機設置在系統(tǒng)殼內(nèi)并與前車輪3相連。
所述牽引單元包括設置在系統(tǒng)殼1底部并與主控mcu相連的牽引電機18，設置在牽引電機一側并可在牽引電機帶動下做自轉(zhuǎn)運動的齒輪a19，設置在齒輪a19上方并與齒輪a19嚙合的齒輪b20，其中，可通過主控mcu自動控制齒輪a19與齒輪b20的齒輪嚙合情況進而控制撿球速度與電機轉(zhuǎn)動速度比例，當電機轉(zhuǎn)動速度一定時，齒輪a19的直徑很大而齒輪b20直徑較小時，則齒輪b20帶動的齒輪a19轉(zhuǎn)圈速度就快，從而撿球速度就快。另外，也可通過運動速度調(diào)節(jié)鍵23手動方式來調(diào)整；所述牽引電機18與前車輪3相連；所述齒輪b20與齒輪z6鏈條連接。當牽引電機18開始轉(zhuǎn)動時，齒輪a19也隨之轉(zhuǎn)動，由于齒輪a10與齒輪b20嚙合，因此，齒輪b20也會自轉(zhuǎn)，進而帶動與齒輪b20鏈條連接的齒輪z6自轉(zhuǎn)，齒輪z6再通過運球帶帶動齒輪w轉(zhuǎn)動。
此外，所述輔助撿球機械臂中的第一舵機和每個第二舵機均與主控mcu相連。
所述集球箱包括底盤25和箱體17，所述底盤為與箱體底部相匹配的凹槽形結構，所述后車輪設置在底盤下方，所述箱體底部放置在底盤的凹槽內(nèi)，使機器人運動時箱體也不易掉落。箱體頂部一側與撿球裝置殼體可拆卸連接，箱體上還設有用于提起箱體的把手。當箱體內(nèi)球滿時可提起把手將滿箱體換下，換上空的集球箱。
在使用本實施例的網(wǎng)球自動撿球機器人撿球時的工作流程如下：
開啟撿球機器人，供電單元為主控mcu供電，由安裝在撿球裝置頂端中部的雙目攝像頭采集網(wǎng)球場視頻圖像，并傳輸給主控mcu，經(jīng)主控mcu處理后發(fā)現(xiàn)若是有網(wǎng)球則根據(jù)最優(yōu)路線向網(wǎng)球地點運動，在運動過程中通過避障模塊實現(xiàn)靈活運動，到達網(wǎng)球地點時進行撿球。具體過程如圖4所示，a點地面上是發(fā)現(xiàn)的目標網(wǎng)球，待本實施例的撿球機器人向其運動并靠近該網(wǎng)球后，網(wǎng)球處在b位置時刻被撿球葉輪刮起，然后隨運球帶沿c位置運送到d位置，然后再從d位置自動滾入集球箱的箱體中，即完成撿球操作。
當集球箱的箱體內(nèi)球滿時提起把手取下箱體，換上空的箱體即可。
而在遇到狹小角落時，則通過輔助撿球機械臂進行撿球。
在整個撿球過程中，主控mcu能夠通過判斷球場網(wǎng)球多少來自動加快和減慢運動速度，也可通過人工調(diào)劑速度來進行運動快慢控制。其中，觸摸顯示屏用于開關機器人，并調(diào)節(jié)運動速度，以及顯示剩電量情況、開啟時運動速度等信息。
上述實施例僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式之一，不應當用于限制本發(fā)明的保護范圍，但凡在本發(fā)明的主體設計思想和精神上作出的毫無實質(zhì)意義的改動或潤色，其所解決的技術問題仍然與本發(fā)明一致的，均應當包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。