一种乒乓球机器人及其控制方法技术

本发明专利技术公开一种乒乓球机器人及其控制方法。该乒乓球机器人包括机器人本体，包括有固定于乒乓球台横侧的导轨、安装于所述导轨上的可沿所述导轨移动的关节式机械手以及安装于所述关节式机械手上的乒乓球拍；机器人视觉系统，用于获取乒乓球的实时图像数据；机器人控制系统，用于基于机器人视觉系统所获取的乒乓球的实时图像数据而得到关节式机械手在导轨上的位移量生成并输出用以控制关节式机械手沿导轨运动的导轨运动控制指令、基于机器人视觉系统所获取的乒乓球的实时图像数据而得到关节式机械手各相邻机械臂之间的相对角位移量生成并输出用以控制关节式机械手各关节旋转运动的关节运动控制指令。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机器人技术，尤其涉及一种乒乓球机器人及其控制方法。
技术介绍
现随着机器视觉的高速发展，其在机器人领域的应用也越来越普遍。乒乓球机器人作为机器人视觉在机器人领域的一个典型案例，主要用于教育、娱乐等业务场合，并为未来在工业机器人领域的应用进行技术储备。典型的乒乓球机器人是由机器人本体、视觉系统、控制系统三部分组成，属于高端智能机器人装备范畴。现有专利201310254377.5公开了一种用于乒乓球机器人预测乒乓球轨迹的方法和装置。该专利主要用于类人型机器人装置，类人型机器人关节较多，结构十分复杂。另外，目前的乒乓球机器人由于机械臂的限制，普遍存在机器人本体覆盖范围有限的问题，实用性不高。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种可以增大本体覆盖范围的乒乓球机器人及其控制方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案。一种乒乓球机器人，其包括有：机器人本体，包括有固定于乒乓球台横侧的导轨、安装于所述导轨上的可沿所述导轨移动的关节式机械手以及安装于所述关节式机械手上的乒乓球拍；机器人视觉系统，用于获取乒乓球的实时图像数据；机器人控制系统，用于基于机器人视觉系统所获取的乒乓球的实时图像数据而得到关节式机械手在导轨上的位移量生成并输出用以控制关节式机械手沿导轨运动的导轨运动控制指令；基于机器人视觉系统所获取的乒乓球的实时图像数据而得到关节式机械手各相邻机械臂之间的相对角位移量生成并输出用以控制关节式机械手各关节旋转运动的关节运动控制指令。一种乒乓球机器人的控制方法，其包括以下步骤：获取乒乓球的实时图像数据；基于获取的乒乓球的实时图像数据计算得到乒乓球的实时动态坐标；基于乒乓球的实时动态坐标计算得到乒乓球的预测运行轨迹；基于乒乓球的预测运行轨迹，计算击球点坐标；基于击球点坐标计算关节式机械手在导轨上的位移量和关节式机械手各相邻机械臂之间的相对角位移量；基于关节式机械手在导轨上的位移量生成并输出用以控制关节式机械手沿导轨运动的导轨运动控制指令；基于关节式机械手各相邻机械臂之间的相对角位移量生成并输出用以控制关节式机械手各关节旋转运动的关节运动控制指令。一种乒乓球机器人的控制系统，其包括有：图像数据获取装置，用于获取乒乓球的实时图像数据；机器人控制装置，用于基于所述图像数据获取装置获取的乒乓球的实时图像数据生成并输出控制机器人运动控制指令；其中，所述机器人控制装置包括有，图像处理模块，用于于获取的乒乓球的实时图像数据计算得到乒乓球的实时动态坐标；轨迹预测模块，用于基于乒乓球的实时动态坐标计算得到乒乓球的预测运行轨迹；基于乒乓球的预测运行轨迹，计算击球点坐标；运动伺服模块，用于基于击球点坐标计算关节式机械手在导轨上的位移量和关节式机械手各相邻机械臂之间的相对角位移量；基于关节式机械手在导轨上的位移量生成并输出用以控制关节式机械手沿导轨运动的导轨运动控制指令；基于关节式机械手各相邻机械臂之间的相对角位移量生成并输出用以控制关节式机械手各关节旋转运动的关节运动控制指令。本专利技术的技术效果是：上述乒乓球机器人，机器人本体包括导轨和关节式机械手，关节式机械手可以沿导轨做横向运动，采用导轨结合关节式机械手的方式，达到了在不增长关节式机械手机械臂长度的情况下增大机器人本体的覆盖范围的技术效果。附图说明图1为本专利技术一个实施例中乒乓球机器人的功能结构框图；图2为本专利技术一个实施例中机器人本体的结构示意图；图3为本专利技术一个实施例中关节式机械手的结构示意图；图4为本专利技术另一个实施例中乒乓球机器人的功能结构框图；图5为本专利技术另一个实施例中乒乓球机器人的功能结构框图；图6为本专利技术一个实施例中乒乓球机器人的工作流程图；图7为本专利技术一个实施例中乒乓球机器人控制系统的功能结构框图；图8为本专利技术另一个实施例中乒乓球机器人控制系统的功能结构框图；图9为本专利技术另一个实施例中乒乓球机器人控制系统的功能结构框图；图10为本专利技术另一个实施例中乒乓球机器人控制系统的功能结构框图。具体实施方式为使本领域的普通技术人员更加清楚地理解本专利技术的目的、技术方案和优点，以下结合附图和实施例对本专利技术做进一步的阐述。在本专利技术的一个实施例中，如图1所示，该乒乓球机器人其包括有机器人视觉系统10、机器人控制系统20及机器人本体30，其中，机器人本体30，包括有固定于乒乓球台横侧的导轨31、安装于所述导轨31上的可沿所述导轨移动的关节式机械手33以及安装于所述关节式机械手33上的乒乓球拍34；机器人视觉系统10用于获取乒乓球的实时图像数据；机器人控制系统20用于基于机器人视觉系统10所获取的乒乓球的实时图像数据而得到关节式机械手33在导轨31上的位移量用以生成并输出控制关节式机械手33沿导轨运动的控制指令。基于机器人视觉系统10所获取的乒乓球的实时图像数据而得到关节式机械手33各相邻机械臂之间的相对角位移量用以生成并输出控制关节式机械手33各关节旋转运动的控制指令。上述乒乓球机器人，机器人本体包括导轨和关节式机械手，关节式机械手可以沿导轨做横向运动，在不增长关节式机械手机械臂长度的情况下增大了机器人本体的覆盖范围。如图2所示，在一些实施例中，该乒乓球机器人机器人本体30包括有导轨31、关节式机械手33和乒乓球拍34，还包括有伺服电机32。导轨31安装于乒乓球台4横侧，关节式机械手33和伺服电机32相对固定安装。关节式机械手33内部包含一个伺服驱动器，伺服驱动器接收机器人控制系统20输出的控制指令，驱动伺服电机32带动关节式机械手33沿着导轨31横向移动，乒乓球拍34固定在关节式机械手33末端，跟随关节式机械手33运动。优选的，为了避免关节式机械手33在横向移动时甩出台面，在导轨31两端各安装一个限位块311。如图3所示，在一些实施例中，该关节式机械手33含有五个自由度，包括A1、A2、A3、A4、A5五个旋转关节。其中，关节式机械手33通过螺栓固定在导轨31滑动架上，关节式机械手33末端固定有用于击打的乒乓球拍34。这五个旋转关节均由伺服电机32驱动控制，伺服电机32的控制线缆和供电线缆连接在伺服驱动器上，伺服驱动器接收机器人控制系统20输出的运动控制指令，驱动伺服电机32控制关节式机械手33各关节作旋转运动，进而带动关节式机械手33机械臂的摆动。上述乒乓球机器人采用5自由度关节式机械手，减少了现有概念乒乓球机器人的运动自由度，保证了乒乓球机器人实施的方便性，同时减少了机器人控制系统的逆运动学解算负担，保证了乒乓球机器人运行的高度可靠性。如图4所示，在一些实施例中，该机器人视觉系统10包括有两台摄像机11，安装在乒乓球台后侧上方，实时拍摄乒乓球台上的影像。优选的，该机器人视觉系统10还包括有图像处理器12。处理器12选用基于FPGA的数字解码处理器集成与摄像机11摄像头中，对摄像机11采集到的影像进行数据粗处理，通过色差梯度法对乒乓球进行边缘检测，提取乒乓球的轮廓数据进而得到乒乓球的实时图像数据，然后通过HDMI通信线缆传输至机器人控制系统20。上述乒乓球机器人在机器人视觉系统内置图像处理器，可以有效地减少机器人控制系统的运算负担，保证了乒乓球高速运动所需要的高速图像处理的可能性。如图5所示，在一些实施例中，机器人控制系统20选用嵌入式PC控制器，包括如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种乒乓球机器人，其特征在于，所述乒乓球机器人包括有：机器人本体，包括有固定于乒乓球台横侧的导轨、安装于所述导轨上的可沿所述导轨移动的关节式机械手以及安装于所述关节式机械手上的乒乓球拍；机器人视觉系统，用于获取乒乓球的实时图像数据；机器人控制系统，用于基于机器人视觉系统所获取的乒乓球的实时图像数据而得到关节式机械手在导轨上的位移量生成并输出用以控制关节式机械手沿导轨运动的导轨运动控制指令；基于机器人视觉系统所获取的乒乓球的实时图像数据而得到关节式机械手各相邻机械臂之间的相对角位移量生成并输出用以控制关节式机械手各关节旋转运动的关节运动控制指令。

【技术特征摘要】
1.一种乒乓球机器人，其特征在于，所述乒乓球机器人包括有：机器人本体，包括有固定于乒乓球台横侧的导轨、安装于所述导轨上的可沿所述导轨移动的关节式机械手以及安装于所述关节式机械手上的乒乓球拍；机器人视觉系统，用于获取乒乓球的实时图像数据；机器人控制系统，用于基于机器人视觉系统所获取的乒乓球的实时图像数据而得到关节式机械手在导轨上的位移量生成并输出用以控制关节式机械手沿导轨运动的导轨运动控制指令；基于机器人视觉系统所获取的乒乓球的实时图像数据而得到关节式机械手各相邻机械臂之间的相对角位移量生成并输出用以控制关节式机械手各关节旋转运动的关节运动控制指令。2.如权利要求1所述的乒乓球机器人，其特征在于，所述机器人本体还包括有伺服电机，用于基于机器人控制系统输出的导轨运动控制指令驱动关节式机械手横向移动及基于机器人控制系统输出的关节运动控制指令控制关节式机械手各关节的旋转运动。3.如权利要求2所述的乒乓球机器人，其特征在于，所述关节式机械手包括有伺服驱动器，用于实时接收来自所述机器人控制系统输出的导轨及关节控制指令用以驱动伺服电机。4.如权利要求1所述的乒乓球机器人，其特征在于，所述导轨安装有限位装置。5.如权利要求1-4任一项所述的乒乓球机器人，其特征在于，所述机器人视觉系统还包括有图像处理器，用于基于摄像机实时拍摄的乒乓球台上的影像提取乒乓球的实时轮廓数据。6.如权利要求1所述的乒乓球机器人，其特征在于，所述机器人控制系统包括有：图像处理模块，用于基于获取的乒乓球的实时图像数据计算得到乒乓球的实时动态坐标；轨迹预测模块，用于基于乒乓球的实时动态坐标计算得到乒乓球的预测运行轨迹；基于乒乓球的预测运行轨迹，计算击球点坐标；运动伺服模块，用于基于击球点坐标计算关节式机械手在导轨上的位移量和关节式机械手各相邻机械臂之间的相对角位移量；基于关节式机械手在导轨上的位移量生成并输出用以控制关节式机械手沿导轨运动的导轨控制指令；基于关节式机械手各相邻机械臂之间的相对角位移量生成并输出用以控制关节式机械手各关节旋转运动的关节控制指令；显示模块，用于显示乒乓球机器人工作状态、机器人视觉系统获取的实时乒乓...

【专利技术属性】
技术研发人员：尚留记，李洪刚，杨平，易称福，
申请(专利权)人：深圳四博智联科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44