本發(fā)明涉及智能機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于圖像識(shí)別的智能網(wǎng)球拾取機(jī)器人。

背景技術(shù)：

隨著社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步，網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)開始普及，網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)愛好者也是隨之逐年遞增。但是，在網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)過程中不可避免需要人工撿球，而撿球的過程會(huì)造成時(shí)間的浪費(fèi)和體力的消耗。

雖然目前有撿球裝置的出現(xiàn)，但是存在難以拾取死角位置網(wǎng)球、誤判拾取到雜物、撿球效率低、控制方式單一的問題，無法實(shí)現(xiàn)基于精確的圖像識(shí)別智能拾取網(wǎng)球的功能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于圖像識(shí)別的智能網(wǎng)球拾取機(jī)器人。

本發(fā)明解決其問題所采用的技術(shù)方案是：

包括視覺識(shí)別處理系統(tǒng)，中央控制系統(tǒng)，傳感信息系統(tǒng)，遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，執(zhí)行系統(tǒng)和電源系統(tǒng)，所述視覺識(shí)別處理系統(tǒng)包括usb攝像頭、wi-fi無線模塊、pc機(jī)，所述中央控制系統(tǒng)包括主控芯片和驅(qū)動(dòng)模塊，所述傳感信息系統(tǒng)包括加速度計(jì)陀螺儀模塊、霍爾測速模塊、霍爾傳感器模塊、紅外傳感模塊和物理碰撞模塊，所述遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)包括終端app和藍(lán)牙無線模塊，所述執(zhí)行系統(tǒng)包括機(jī)械臂、移動(dòng)輪和儲(chǔ)卸球裝置，其中儲(chǔ)卸球裝置包括步進(jìn)電機(jī)、絲桿升降機(jī)構(gòu)、儲(chǔ)球倉和倉門擋板，所述電源系統(tǒng)包括電池組和穩(wěn)壓電源模塊；所述視覺識(shí)別處理系統(tǒng)通過圖像識(shí)別處理成坐標(biāo)信息，所述中央控制系統(tǒng)將接收到的坐標(biāo)信息傳輸?shù)絺鞲行畔⑾到y(tǒng)，所述傳感信息系統(tǒng)對(duì)執(zhí)行系統(tǒng)進(jìn)行智能控制實(shí)現(xiàn)機(jī)器人移動(dòng)、撿球和卸球，所述遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)發(fā)送指令通過串口協(xié)議傳輸給中央控制系統(tǒng)，所述電源系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源。

進(jìn)一步地，所述usb攝像頭實(shí)時(shí)采集前方場地視頻數(shù)據(jù)，所述wi-fi模塊與usb接口連接將視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)絧c機(jī)，所述pc機(jī)處理圖像后返回的識(shí)別坐標(biāo)信息傳輸?shù)街骺匦酒?/p>

進(jìn)一步地，所述主控芯片處理wi-fi模塊和藍(lán)牙模塊收到的數(shù)據(jù)后判斷需要控制的驅(qū)動(dòng)模塊，所述驅(qū)動(dòng)模塊包括一號(hào)pwm驅(qū)動(dòng)模塊、二號(hào)pwm驅(qū)動(dòng)模塊、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。

進(jìn)一步地，所述主控芯片根據(jù)加速度計(jì)陀螺儀模塊和霍爾測速模塊的數(shù)據(jù)結(jié)合pid算法通過iic協(xié)議改變一號(hào)pwm驅(qū)動(dòng)模塊的各路pwm信號(hào)的輸出，再通過直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊控制各個(gè)移動(dòng)輪，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人移動(dòng)；所述主控芯片通過iic協(xié)議改變二號(hào)pwm驅(qū)動(dòng)模塊的各路pwm信號(hào)的輸出，從而控制機(jī)械臂的各個(gè)舵機(jī)的角度，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人撿球；所述主控芯片通過控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊控制儲(chǔ)卸球裝置的步進(jìn)電機(jī)，進(jìn)而帶動(dòng)絲桿升降機(jī)構(gòu)，使儲(chǔ)球倉上升，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人卸球。

進(jìn)一步地，所述加速度計(jì)陀螺儀模塊采集機(jī)器人的角度以及角速度，所述霍爾測速模塊采集各個(gè)移動(dòng)輪的方向和速度，所述紅外傳感模塊檢測尋找返回路徑的紅外光強(qiáng)度，所述物理碰撞模塊監(jiān)測機(jī)器人是否觸碰到卸球的裝置，所述霍爾傳感器模塊監(jiān)測卸球時(shí)儲(chǔ)球倉的高度。

進(jìn)一步地，所述機(jī)械臂包括一號(hào)舵機(jī)、二號(hào)舵機(jī)、三號(hào)舵機(jī)、四號(hào)舵機(jī)、小臂、大臂和機(jī)械手，所述一號(hào)舵機(jī)控制機(jī)械臂的水平旋轉(zhuǎn)角度，二號(hào)舵機(jī)和三號(hào)舵機(jī)分別控制機(jī)械臂的大臂和小臂，四號(hào)舵機(jī)控制機(jī)械手的開合；所述移動(dòng)輪包括直流減速電機(jī)、麥克納姆輪和聯(lián)軸器，所述直流減速電機(jī)和麥克納姆輪通過聯(lián)軸器相連接，所述麥克納姆輪的特殊結(jié)構(gòu)支持任意水平方向移動(dòng)；所述儲(chǔ)卸球裝置的步進(jìn)電機(jī)控制絲桿升降機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)球倉上升和下降。

進(jìn)一步地，所述儲(chǔ)球倉上升超過倉門擋板的高度時(shí)，儲(chǔ)球倉的倉門掉下打開，實(shí)現(xiàn)卸球；所述儲(chǔ)球倉下降到限位結(jié)構(gòu)的高度時(shí)，倉門擋板會(huì)頂住儲(chǔ)球倉的倉門，使倉門關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)球。

進(jìn)一步地，所述終端app通過連接藍(lán)牙無線模塊向機(jī)器人發(fā)送切換模式指令和移動(dòng)控制指令，所述藍(lán)牙無線模塊把接收到的指令通過串口協(xié)議傳輸給主控芯片。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明采用的一種基于圖像識(shí)別的智能網(wǎng)球拾取機(jī)器人，利用視覺識(shí)別系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)球進(jìn)行精確的圖像識(shí)別，避免了誤判而拾取到雜物。通過中央控制系統(tǒng)智能控制實(shí)現(xiàn)機(jī)器人移動(dòng)、撿球和卸球，提高了撿球效率。另外，本發(fā)明控制模式有三種，包括全自動(dòng)模式、半自動(dòng)模式和全手動(dòng)模式，用戶可以根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的控制模式操作機(jī)器人，這樣大大提高了使用的靈活性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明俯視圖；

圖2是本發(fā)明仰視圖；

圖3是本發(fā)明側(cè)視圖；

圖4是本發(fā)明后視圖；

圖5是本發(fā)明機(jī)器臂的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中標(biāo)號(hào)：1-wi-fi無線模塊；2-步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊；3-物理碰撞模塊；4-紅外傳感模塊；5-一號(hào)pwm驅(qū)動(dòng)模塊；6-二號(hào)pwm驅(qū)動(dòng)模塊；7-霍爾測速模塊；8-直流減速電機(jī)；9-聯(lián)軸器；10-麥克納姆輪；11-主控芯片；12-藍(lán)牙無線模塊；13-直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊；14-電池組；15-加速度計(jì)陀螺儀模塊；16-穩(wěn)壓電源模塊；17-機(jī)械手；18-四號(hào)舵機(jī)；19-二號(hào)舵機(jī)；20-大臂；21-小臂；22-三號(hào)舵機(jī)；23-一號(hào)舵機(jī)；24-步進(jìn)電機(jī)；25-絲桿升降機(jī)構(gòu)；26-usb攝像頭；27-霍爾傳感器模塊；28-儲(chǔ)球倉；29-倉門擋板。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1-圖5，本發(fā)明的一種基于圖像識(shí)別的智能網(wǎng)球拾取機(jī)器人,包括視覺識(shí)別處理系統(tǒng)，中央控制系統(tǒng)，傳感信息系統(tǒng)，遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，執(zhí)行系統(tǒng)和電源系統(tǒng)，所述視覺識(shí)別處理系統(tǒng)包括usb攝像頭26、wi-fi無線模塊1、pc機(jī)（圖未示出），所述中央控制系統(tǒng)包括主控芯片11和驅(qū)動(dòng)模塊，所述傳感信息系統(tǒng)包括加速度計(jì)陀螺儀模塊15、霍爾測速模塊7、霍爾傳感器模塊27、紅外傳感模塊4和物理碰撞模塊3，所述遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)包括終端app（圖未示出）和藍(lán)牙無線模塊12，所述執(zhí)行系統(tǒng)包括機(jī)械臂、移動(dòng)輪和儲(chǔ)卸球裝置，其中儲(chǔ)卸球裝置包括步進(jìn)電機(jī)24、絲桿升降機(jī)構(gòu)25、儲(chǔ)球倉28和倉門擋板29，所述電源系統(tǒng)包括電池組14和穩(wěn)壓電源模塊16；所述視覺識(shí)別處理系統(tǒng)通過圖像識(shí)別處理成坐標(biāo)信息，所述中央控制系統(tǒng)將接收到的坐標(biāo)信息傳輸?shù)絺鞲行畔⑾到y(tǒng)，所述傳感信息系統(tǒng)對(duì)執(zhí)行系統(tǒng)進(jìn)行智能控制實(shí)現(xiàn)機(jī)器人移動(dòng)、撿球和卸球，所述遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)發(fā)送指令通過串口協(xié)議傳輸給中央控制系統(tǒng)，所述電源系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源。

如圖1-圖4，所述usb攝像頭26實(shí)時(shí)采集前方場地視頻數(shù)據(jù)，所述wi-fi無線模塊1與usb接口連接將視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)絧c機(jī)，所述pc機(jī)處理圖像后返回的識(shí)別坐標(biāo)信息傳輸?shù)街骺匦酒?1。

如圖1-圖4，所述主控芯片11根據(jù)加速度計(jì)陀螺儀模塊15和霍爾測速模塊7的數(shù)據(jù)結(jié)合pid算法通過iic協(xié)議改變一號(hào)pwm驅(qū)動(dòng)模塊5的各路pwm信號(hào)的輸出，再通過直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊13控制各個(gè)移動(dòng)輪，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人移動(dòng)；所述主控芯片11通過iic協(xié)議改變二號(hào)pwm驅(qū)動(dòng)模塊6的各路pwm信號(hào)的輸出，從而控制機(jī)械臂的拾取動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人撿球；所述主控芯片11通過控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊2控制儲(chǔ)卸球裝置的步進(jìn)電機(jī)24，進(jìn)而帶動(dòng)絲桿升降機(jī)構(gòu)25，使儲(chǔ)球倉28上升，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人卸球。

如圖1-圖4，所述加速度計(jì)陀螺儀模塊15采集機(jī)器人的角度以及角速度，所述霍爾測速模塊7采集各個(gè)移動(dòng)輪的方向和速度，所述紅外傳感模塊4檢測尋找返回路徑的紅外光強(qiáng)度，所述物理碰撞模塊3監(jiān)測機(jī)器人是否觸碰到卸球的裝置，所述霍爾傳感器模塊27監(jiān)測卸球時(shí)儲(chǔ)球倉28的高度。

如圖5，所述一號(hào)舵機(jī)23控制機(jī)械臂的水平旋轉(zhuǎn)角度，二號(hào)舵機(jī)19和三號(hào)舵機(jī)22分別控制機(jī)械臂的大臂21和小臂20，四號(hào)舵機(jī)18控制機(jī)械手的開合。

如圖1-圖2，所述移動(dòng)輪包括直流減速電機(jī)8、麥克納姆輪10和聯(lián)軸器9，所述直流減速電機(jī)8和麥克納姆輪10通過聯(lián)軸器9相連接，所述麥克納姆輪10的特殊結(jié)構(gòu)支持任意水平方向移動(dòng)。

如圖3-圖4，所述儲(chǔ)卸球裝置的步進(jìn)電機(jī)24控制絲桿升降機(jī)構(gòu)25實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)球倉28上升和下降，所述儲(chǔ)球倉28上升超過倉門擋板29的高度時(shí)，儲(chǔ)球倉28的倉門掉下打開，實(shí)現(xiàn)卸球；所述儲(chǔ)球倉28下降到限位結(jié)構(gòu)的高度時(shí)，倉門擋板29會(huì)頂住儲(chǔ)球倉28的倉門，使倉門關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)球。

如圖2，所述終端app通過連接藍(lán)牙無線模塊12向機(jī)器人發(fā)送切換模式指令和移動(dòng)控制指令，所述藍(lán)牙無線模塊12把接收到的指令通過串口協(xié)議傳輸給主控芯片11。

本發(fā)明有三種控制模式的實(shí)施例，包括全自動(dòng)模式、半自動(dòng)模式和全手動(dòng)模式。

在全自動(dòng)模式中，usb攝像頭26把實(shí)時(shí)視頻數(shù)據(jù)通過wi-fi無線模塊1無線傳輸回pc機(jī)，pc機(jī)對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理識(shí)別，再通過wi-fi無線模塊1把坐標(biāo)信息傳輸給主控芯片11，主控芯片11根據(jù)接收到的不同坐標(biāo)信息進(jìn)行處理，傳感信息系統(tǒng)對(duì)執(zhí)行系統(tǒng)進(jìn)行智能控制，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)智能拾取網(wǎng)球，當(dāng)儲(chǔ)卸球裝置內(nèi)的網(wǎng)球達(dá)到預(yù)設(shè)數(shù)量時(shí)，機(jī)器人根據(jù)自動(dòng)傳感信息系統(tǒng)中的紅外傳感模塊4自動(dòng)計(jì)算返回卸球籃子的路徑，當(dāng)物理碰撞模塊3檢測到觸碰卸球籃子信號(hào)之后，機(jī)器人開始把儲(chǔ)卸球裝置內(nèi)的網(wǎng)球卸到籃子里，然后再回到撿球區(qū)域繼續(xù)下一輪撿球。

在半自動(dòng)模式中，通過終端app遠(yuǎn)程控制機(jī)器人移動(dòng)到網(wǎng)球附近，usb攝像頭26會(huì)把實(shí)時(shí)視頻數(shù)據(jù)通過wi-fi無線模塊1無線傳輸回pc機(jī)，pc機(jī)對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理識(shí)別，再通過wi-fi無線模塊1把坐標(biāo)信息傳輸給主控芯片11，如果判定網(wǎng)球在機(jī)械臂可抓取的范圍內(nèi)，主控芯片11會(huì)控制機(jī)械臂對(duì)網(wǎng)球進(jìn)行抓取，并放置到儲(chǔ)卸球裝置中。當(dāng)儲(chǔ)卸球裝置中的網(wǎng)球達(dá)到一定數(shù)量，通過終端app控制機(jī)器人回到卸球區(qū)域把球卸到籃子里。

在全手動(dòng)模式中，通過終端app遠(yuǎn)程控制機(jī)器人的所有操作，包括機(jī)器人的移動(dòng)、機(jī)械臂的移動(dòng)和拾取、儲(chǔ)卸球裝置的裝卸，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物體的抓取和裝卸。

以上所述，只是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施方式，只要其以相同的手段達(dá)到本發(fā)明的技術(shù)效果，都應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。