基于视觉识别和全向移动的智能网球训练机器人及训练方法技术

本发明专利技术公开了基于视觉识别和全向移动的智能网球训练机器人及训练方法，属于光机电一体化设备和智能机器人技术领域。由全向移动底盘、发射机构云台、视觉识别系统和球仓机构四部分组成。主控芯片根据训练模式输出对应的命令状态，相应的执行元件发出对应的动作，测量元件把测量的数据反馈给主控芯片，并做出相应的调节动作。训练模式分为定点肌肉记忆模式、体能训练模式、高级技巧模式、随机球模式四种。全向移动可以快速精确的移动到指定位置，采用6字形供弹机构，实现了高频发球和变频发球；加入了Roll轴电机使得机器人具备发射多角度旋球的能力；采用视觉识别系统，从而实现智能化的训练目的。

【技术实现步骤摘要】
基于视觉识别和全向移动的智能网球训练机器人及训练方法
本专利技术属于光机电一体化设备和智能机器人
，具体涉及基于视觉识别和全向移动的智能网球训练机器人及训练方法。
技术介绍
目前，网球作为一项时尚而高雅的运动项目在全国各地都掀起了网球运动的浪潮，人们把网球运动作为一种健身娱乐的方式而得到普及和推广，越来越多的人都参与其中感受网球的极大魅力。由于网球运动起源于西方国家，在国内快速发展的时间还很短。因此，网球运动的起点较高，网球技术较其他项目更难掌握。绝大多数教师依然采用传统的教学模式，由于网球运动技术动作较复杂，对场地的要求较高，致使学生的实践效果较差，学生的对打能力、步伐移动速度和比赛能力等尚未形成。“网球训练器”作为一种可以进行单人反复多次练习的辅助性教学练习器材，具备以下特点和功能：为网球运动增添了新鲜感，由于它是新生事物，会引起更多人的关注，更利于网球运动的普及；可代替多球反复练习，方便练习者捡球，提高练习的效率；节约教学资源，可以实现单人练习，解决了以往练习网球需要陪练的难题；不受场地规格的约束和限制，只需要一块较平整的空地即可达到练习的效果；可以通过网球训练器体验在网球场地的对打感觉，提高练习者的移动速度和应变能力；可以将网球落点有效地控制在一定的范围内，提高练习者的兴趣和信心。授权公告号为CN206577345U的专利公开了一种网球发球机，包括主机箱和电动机，主机箱的前侧下方设置有出球口，且出球口的上方安装有控制面板，主机箱的下方设置有吸管，主机箱的右侧连接有垃圾箱，垃圾箱的上端安置有挡板，挡板的上方安装有球箱。该专利提出的网球发球装置可以实现发球功能，但是局限性很大，只能发射某一固定方向上固定力度的弹道球，无法实现带有旋转的技巧球，而且装置不可以自由移动，搬运困难，可以实现的网球训练目的较为局限。申请公布号为CN106924955A的专利公开了一种全向移动的网球发球机器人及使用方法，包括四驱移动底盘，四驱移动底盘的顶部安装有用于储存网球的储球器，储球器的底部安装有送球装置，送球装置的出口与送球管道相连，送球管道的出口与发球机构相连，它还包括电控硬件和电控软件。该装置提供的网球发球机器人可以实现上下旋球的发射，扩宽了发球的方式，而且增加了全向移动的底盘，便于装置的转移，但是网球的发球技巧还有很多不能满足，如侧上旋，侧旋，侧下旋等；受限于重力落弹发射的方式，发球的频率固定且无法实现高频发球；由于底盘的电路控制与发射机构的电路控制相互无信息交流，全向移动底盘只是装置的搬运工具，并不参与发球的执行。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供具备视觉识别能力，全向移动能力，多技巧网球发射能力，高频发球能力并搭载网球训练方案，可远程控制的基于视觉识别和全向移动的智能网球训练机器人及训练方法。本专利技术的目的通过如下技术方案来实现：1)机械结构部分：基于视觉识别和全向移动的智能网球训练机器人由全向移动底盘、发射机构云台、视觉识别系统和球仓机构，四部分组成。全向移动底盘给机器人提供行进的动力和全向移动的能力，由麦克纳姆轮、法兰、底盘电机、减震悬挂、底盘机架、Yaw轴电机套、电池盒、红外对管和底盘主控板组成；底盘机架由H型金属构架和两块底板组成，两块底板分布在金属构架的两侧，构成上下表面；底盘电机由底盘驱动电机和与之配套的底盘电机的电调及编码器组成；减震悬挂由四根减震支架、两根减震弹簧和一块减震底板组成；减震底板为方形，减震支架分布在减震底板四角，将底盘机架与减震底板活性连接，减震底板上表面开孔，连接两根减震弹簧的一端，减震弹簧的另一端与底盘机架活性连接；法兰固连在减震底板中间，将底盘电机与麦克纳姆轮活性连接，分布在减震底板两侧，上述的减震悬挂、底盘电机、法兰、麦克纳姆轮的组合一共有四个，两两一组分布在底盘机架的对立两侧，且满足两前轮、两后轮的旋转轴分别共线，四个轮的旋转轴在同一水平面；Yaw轴电机套为圆柱形薄壁筒，固连在底盘机架的上表面；电池盒为空腔薄壁，位于底盘机架的表面；底盘主控板为电路元件的集合，为带有凸起的板状物体；位于底盘机架的表面；红外对管分布安装在底盘机架四周的下底面，发射管和接收管均指向机器人外侧。发射机构云台通过控制电机的驱动和摩擦轮电机的差速来实现各种技巧球的发射，6字形供弹机构的供弹电机通过不同转速来控制发球的频率，由Yaw轴电机、Pitch轴电机、Roll轴电机、两根云台支架、拨弹盘、云台主控板、拨弹盘电机组成；拨弹盘由6字形供弹主体、拨弹体、一号摩擦轮电机及电调、二号摩擦轮电机及电调、光电收发器模块组成；6字形供弹主体由一面开口的圆柱形薄壁筒和直立开通孔圆柱体两部分组成；拨弹体由圆柱体圆盘及圆盘侧面均布的6-18个螺钉组成，螺钉与圆盘中间串联4-6个滚动轴承；拨弹体与圆柱形薄壁筒、拨弹盘电机同心活性连接，拨弹体整体结构半径小于圆柱形薄壁筒，拨弹盘电机位于圆柱形薄壁筒下方，与拨弹体活性连接；筒内侧壁中部安装有毛刷；直立开通孔圆柱体内侧壁开贯穿键槽和凹孔，键槽两侧安装一号摩擦轮电机及电调、二号摩擦轮电机及电调，凹孔内安装有光电收发器模块，直立开通孔圆柱体靠近圆柱形薄壁筒的一侧的侧面连接有串接了4-6个轴承的螺钉；云台支架由互相正交的两个底面和中间的连接块组成，两个云台支架连接Yaw轴电机、Pitch轴电机、Roll轴电机三个电机，使得Yaw轴电机、Pitch轴电机、Roll轴电机分别绕3根两两互相垂直的轴做旋转运动，即三个电机在三个正交面上旋转，整个发射机构云台具备6个自由度；6字形供弹主体侧面开孔，安装在Roll轴电机轴上；云台主控板安装在拨弹盘底部并与其固连。视觉识别系统可以通过摄像头采集实时图像，视觉主控板对采集到的图像进行处理，识别出使用者的方位，并将坐标信息输出；视觉识别系统由摄像头和视觉主控板组成，视觉主控板由一些凸起和摄像头支架组成；摄像头通过摄像头支架与视觉主控板活性连接。球仓机构用来存储网球，并且在拨弹盘内球数不多时，自动开启开漏机构，进行定量补球；球仓机构由球仓机架、立柱、存储仓、开漏机构组成；球仓机架为口字型金属外框，四根立柱分布在球仓机架的四角，四根立柱均垂直于球仓机架所在的平面；存储仓为倒立圆台侧面薄壁或倒立方台侧面薄壁，较小面通过软管与拨弹盘相连，开漏机构由舵机和与其相连的偏心开漏底板组成；其中存储仓的较大面与球仓机架大小相同并固连，存储仓的高度小于立柱的长度；存储仓的较小面与开漏机构的偏心开漏底板贴合但不连接，存储仓的侧面与舵机固连；立柱连接球仓机架与底盘机架。2)电路控制部分：主控电路由底盘主控，云台主控，视觉主控三部分组成。底盘主控板与四个底盘电机的正负极及与其相连的编码器的信号线及编码器的电源线相连，底盘主控板与云台Yaw轴电机及其编码器进行信号和电源连接，底盘主控板与无线传输模块进行信号和电源连接，底盘主控板与视觉主控板和云台主控板进行信号连接。底盘主控作为核心控制，控制四个底盘电机的转动，控制云台Yaw轴电机的驱动，与无线传输模块连接，接收上位机的指令并发送数据，接收红外对管发回的路障信息并做出反应，与视觉主控和云台主控进行数据的交换。本专利技术设计的全向移动平台底盘上安装4个麦克纳姆轮，两个为左旋轮，两个为右旋轮，左旋轮、右旋轮对角安装。以移本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于视觉识别和全向移动的智能网球训练机器人，其特征在于，由全向移动底盘(1)、发射机构云台(2)、视觉识别系统(3)和球仓机构(4)四部分组成；全向移动底盘(1)包括麦克纳姆轮(1‑1)、法兰(1‑2)、底盘电机(1‑3)、减震悬挂(1‑4)、底盘机架(1‑5)、Yaw轴电机套(1‑6)、电池盒(1‑7)、红外对管(1‑8)和底盘主控板(1‑9)；发射机构云台(2)包括Yaw轴电机(2‑1)、Pitch轴电机(2‑2)、Roll轴电机(2‑3)、云台支架(2‑4)、拨弹盘(2‑5)、6字形供弹主体(2‑5‑1)、拨弹体(2‑5‑2)、一号摩擦轮电机及电调(2‑5‑3)、二号摩擦轮电机及电调(2‑5‑4)、光电收发器模块(2‑5‑5)、云台主控板(2‑6)、拨弹盘电机(2‑7)；视觉识别系统3包括摄像头(3‑1)、视觉主控板(3‑2)；球仓机构(4)包括球仓机架(4‑1)、立柱(4‑2)、存储仓(4‑3)、开漏机构(4‑4)；减震悬挂(1‑4)由四根减震支架、两根减震弹簧和一块减震底板组成；减震底板为方形，减震支架分布在减震底板四角，将底盘机架与减震底板活性连接，减震底板上表面开孔，连接两根减震弹簧的一端，减震弹簧的另一端与底盘机架活性连接；法兰(1‑2)固连在减震底板中间，将底盘电机(1‑3)与麦克纳姆轮(1‑1)活性连接，分布在减震底板两侧，上述的减震悬挂(1‑4)、底盘电机(1‑3)、法兰(1‑2)、麦克纳姆轮(1‑1)的组合一共有四个，两两一组分布在底盘机架的对立两侧，且满足两前轮、两后轮的旋转轴分别共线，四个轮的旋转轴在同一水平面；6字形供弹主体(2‑5‑1)由一面开口的圆柱形薄壁筒和直立开通孔圆柱体两部分组成；拨弹体(2‑5‑2)由圆柱体圆盘及圆盘侧面均布的6‑18个螺钉组成，螺钉与圆盘中间串联4‑6个滚动轴承；拨弹体(2‑5‑2)与圆柱形薄壁筒、拨弹盘电机(2‑7)同心活性连接，拨弹体(2‑5‑2)整体结构半径小于圆柱形薄壁筒，拨弹盘电机(2‑7)位于圆柱形薄壁筒下方，与拨弹体(2‑5‑2)活性连接；圆柱形薄壁筒内侧壁中部安装有毛刷；直立开通孔圆柱体内侧壁开贯穿键槽和凹孔，键槽两侧安装一号摩擦轮电机及电调(2‑5‑3)、二号摩擦轮电机及电调(2‑5‑4)、，凹孔内安装有光电收发器模块(2‑5‑5)，直立开通孔圆柱体靠近圆柱形薄壁筒的一侧的侧面连接有串接了4‑6个滚动轴承的螺钉；视觉主控板(3‑2)由一些凸起和摄像头支架组成，摄像头(3‑1)通过摄像头支架与视觉主控板(3‑2)活性连接；底盘主控板(1‑9)与四个底盘电机的正负极及与其相连的编码器的信号线及编码器的电源线相连，底盘主控板(1‑9)与云台Yaw轴电机进行信号和电源连接，底盘主控板(1‑9)与无线传输模块进行信号和电源连接，底盘主控板(1‑9)与视觉主控板(3‑2)和云台主控板(2‑6)进行信号连接；云台主控板(2‑6)与Pitch轴电机(2‑2)、Roll轴电机(2‑3)、2‑3个摩擦轮电机的正负极相连，云台主控板(2‑6)与2‑3个摩擦轮电调信号相连，云台主控板(2‑6)与陀螺仪加速度计、开漏机构(4‑4)的舵机、光电收发器模块(2‑5‑5)之间进行信号及电源连接。...

【技术特征摘要】
1.基于视觉识别和全向移动的智能网球训练机器人，其特征在于，由全向移动底盘(1)、发射机构云台(2)、视觉识别系统(3)和球仓机构(4)四部分组成；全向移动底盘(1)包括麦克纳姆轮(1-1)、法兰(1-2)、底盘电机(1-3)、减震悬挂(1-4)、底盘机架(1-5)、Yaw轴电机套(1-6)、电池盒(1-7)、红外对管(1-8)和底盘主控板(1-9)；发射机构云台(2)包括Yaw轴电机(2-1)、Pitch轴电机(2-2)、Roll轴电机(2-3)、云台支架(2-4)、拨弹盘(2-5)、6字形供弹主体(2-5-1)、拨弹体(2-5-2)、一号摩擦轮电机及电调(2-5-3)、二号摩擦轮电机及电调(2-5-4)、光电收发器模块(2-5-5)、云台主控板(2-6)、拨弹盘电机(2-7)；视觉识别系统3包括摄像头(3-1)、视觉主控板(3-2)；球仓机构(4)包括球仓机架(4-1)、立柱(4-2)、存储仓(4-3)、开漏机构(4-4)；减震悬挂(1-4)由四根减震支架、两根减震弹簧和一块减震底板组成；减震底板为方形，减震支架分布在减震底板四角，将底盘机架与减震底板活性连接，减震底板上表面开孔，连接两根减震弹簧的一端，减震弹簧的另一端与底盘机架活性连接；法兰(1-2)固连在减震底板中间，将底盘电机(1-3)与麦克纳姆轮(1-1)活性连接，分布在减震底板两侧，上述的减震悬挂(1-4)、底盘电机(1-3)、法兰(1-2)、麦克纳姆轮(1-1)的组合一共有四个，两两一组分布在底盘机架的对立两侧，且满足两前轮、两后轮的旋转轴分别共线，四个轮的旋转轴在同一水平面；6字形供弹主体(2-5-1)由一面开口的圆柱形薄壁筒和直立开通孔圆柱体两部分组成；拨弹体(2-5-2)由圆柱体圆盘及圆盘侧面均布的6-18个螺钉组成，螺钉与圆盘中间串联4-6个滚动轴承；拨弹体(2-5-2)与圆柱形薄壁筒、拨弹盘电机(2-7)同心活性连接，拨弹体(2-5-2)整体结构半径小于圆柱形薄壁筒，拨弹盘电机(2-7)位于圆柱形薄壁筒下方，与拨弹体(2-5-2)活性连接；圆柱形薄壁筒内侧壁中部安装有毛刷；直立开通孔圆柱...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁辉，陈晨，刘飞，张皖，王梓霖，柴全，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23