【技术实现步骤摘要】
一种基于滚轴及夹持机构的可控捡球小车系统
本专利技术涉及一种基于滚轴及夹持机构的可控捡球小车系统，属于体育器械及机械智能控制
技术介绍
网球被称为世界第二大球类运动，适宜于各个年龄阶层的人参加，深受大家的喜爱。观看重要的国际网球比赛，是许多人休闲、度假的主要内容。独特的网球文化使得网球运动成为现代社会中人的崇尚的生活方式之一。随着生活水平提高，收入增加，人们逐渐参与网球文化相关的活动。一些网球初学者和专业运动员需要大量练习发球和接球，每打出一次都会有一个球散落不同的地方，会使球场上有大量散落的网球，一般都是人工拾取，非常繁琐。经过大量的练习之后，人会很疲劳，但球场上却有很多球需要捡，因此需要一种能替代人工完成网球收集任务又有一定灵活性和适用性的自动机器来完成这项工作。市面上现有捡球机器人主要有以下三种：(1)应用类似于吸尘器原理的抽风式的结构去收集小球；(2)机械手式的结构抓取小球；3)用类似本专利的滚卷式夹持机构夹持。但是现有的捡球机器人存在以下几个问题：l)抽风式的捡球机器人需要大功率的电源支持，整个设备复杂、笨重，在设计和维护上需要更多投入，成本较高；2)机械手式的机构一次只能抓取一个或者少量的球，效率低而且成本高昂。最近几年无线终端技术和机器视觉识别技术飞速发展，通过手机APP来控制捡球机器人的运动方向来捡球的模式，或者将小车设为自动模式，让小车自动识别网球的位置，自动捡球的模式，既方便施行，又省时省力。本专利技术提出了一种基于滚轴及夹持机构的可控捡球小车系统...
【技术保护点】
1.一种基于滚轴及夹持机构的可控捡球小车系统，其特征在于：包括若干个基于滚轴及夹持机构的可控捡球小车以及智能操作端；/n每个基于滚轴及夹持机构的可控捡球小车，简称小车，包括无线信息收发模块、控制信息处理模块、拾球器模块、运动底盘模块以及摄像采集模块；/n拾球器模块包括：夹持机构、滚筒、滚轴、滚轴滚动控制电机以及球舱；/n运动底盘模块包括后轮、底盘、前轮、电源单元、电机驱动单元、稳压模块、传感器单元以及直流电机单元；/n其中，传感器单元包括压力传感器；/n控制信息处理模块包括：无线信息收发模块以及信息处理模块；/n摄像采集模块包括摄像头；/n其中，无线信息收发模块又包括远程通信及定位模块以及近程无线收发模块；/n其中，近程无线收发模块包括Wifi模块1、蓝牙模块以及红外避障模块；/n远程通信及定位模块包括Wifi模块2、定位模块和移动网络模块；/n所述基于滚轴及夹持机构的可控捡球小车系统中各模块的连接关系如下：/n运动底盘模块以及拾球器模块均与信息处理模块相连，信息处理模块与摄像采集模块以及无线信息收发模块相连；/n远程通信及定位模块与智能操作端相连；/n近程无线收发模块与远程通信及定位...
【技术特征摘要】
20190617 CN 20191051949131.一种基于滚轴及夹持机构的可控捡球小车系统，其特征在于：包括若干个基于滚轴及夹持机构的可控捡球小车以及智能操作端；
每个基于滚轴及夹持机构的可控捡球小车，简称小车，包括无线信息收发模块、控制信息处理模块、拾球器模块、运动底盘模块以及摄像采集模块；
拾球器模块包括：夹持机构、滚筒、滚轴、滚轴滚动控制电机以及球舱；
运动底盘模块包括后轮、底盘、前轮、电源单元、电机驱动单元、稳压模块、传感器单元以及直流电机单元；
其中，传感器单元包括压力传感器；
控制信息处理模块包括：无线信息收发模块以及信息处理模块；
摄像采集模块包括摄像头；
其中，无线信息收发模块又包括远程通信及定位模块以及近程无线收发模块；
其中，近程无线收发模块包括Wifi模块1、蓝牙模块以及红外避障模块；
远程通信及定位模块包括Wifi模块2、定位模块和移动网络模块；
所述基于滚轴及夹持机构的可控捡球小车系统中各模块的连接关系如下：
运动底盘模块以及拾球器模块均与信息处理模块相连，信息处理模块与摄像采集模块以及无线信息收发模块相连；
远程通信及定位模块与智能操作端相连；
近程无线收发模块与远程通信及定位模块分别与信息处理模块相连。
所述基于滚轴及夹持机构的可控捡球小车系统各模块的安装及工作如下：
控制信息处理模块置于运动底盘模块内，用于处理并发出控制信息，发出执行指令、同智能操作端及其它小车进行无线通信；无线信息收发模块与智能操作端及其它小车通过Wifi模块2或移动网络模块进行无线通信，并将定位模块采集的定位信息反馈给信息处理模块；信息处理模块接收其它模块反馈回的信息，发出控制指令给运动底盘模块，对小车进行实际控制；
运动底盘模块为四轮驱动，由直流电机控制车轮转动，根据信息处理模块提供的路径信息，实现移动、转向、避障和斜坡减速；当拾球小车的球舱装满时，运动底盘上的压力传感器会对信息处理模块发出满舱警报，信息处理模块通过远程通信及定位模块中的Wifi模块2或移动网络模块给智能操作端发出满舱信息，提醒智能操作端球舱已经装满。
摄像采集模块中的摄像头接收信息处理模块信息，对现场图像进行采集，信息处理模块基于拍摄图片译码出网球位置信息发送给控制信息处理模块和通过无线信息收发模块发给其它小车；控制信息处理模块通过对图像数据分析，发送控制信息给小车，并决定小车的路径信息。
拾球器模块中夹持机构及球舱的整体设计前宽后窄，方便一次卷入多个网球，球舱前方设置有斜坡滑板，倾斜角为15-20°，斜坡滑板两侧设置有挡板；当球装满球舱后，拾球滚筒安装在与地面平行的角度，通过旋转滚筒将球卷入拾球舱里，由于滚筒和地面之间的距离略小于网球直径且滚筒有弹性，所以网球能够被卷入而不会漏出，最后球储存在球舱中多台协作控制模块的功能是协作模式下实现多台小车一起捡球，分区域工作，互相协作；智能操作端划定各小车行动路径，保证所有的并集包含整个场地，并将路径信息发送给小车。
滚轴由运动底盘尾部的滚轴滚动控制电机控制，智能操作端可通过信息处理模块控制滚轴的升降，调整滚筒距离地面的高度，实现将不同直径大小的球收入球舱。
所述可控捡球小车有如下几种工作模式；正常工作模式、自主避让模式、协作模式以及非协作模式；
其中，正常工作模式与自主避让模式这两种工作模式为呈递关系；
其中，正常工作模式包括步骤1到步骤4，而自主避让模式从步骤A到步骤E；
其中，正常工作模式，包括如下步骤：
步骤1.智能操作端中多台协作控制模块依据需求的拾球范围设定各小车初始位置，并依据每个小车远程通信及定位模块反馈的GPS数据，计算出各小车的拾球坐标范围，并向各小车发布，具体为：智能操作端每隔一定时间段T1通过移动网络模块或Wifi模块2接收各小车远程通信及定位模块中定位模块反馈的GPS数据，确定向各小车发布当前T1时间段内的位置坐标；
其中，当智能操作端与小车距离超过一定距离x时，则通过移动网络模块接收各小车定位模块反馈的GPS数据；否则，当智能操作端与小车距离小于等于一定距离x时，则通过Wifi模块2接收各小车定位模块反馈的GPS数据；
步骤2.每个小车的无线信息收发模块接收智能操作端的拾球坐标信息，将拾球坐标信息经信息处理模块计算输出小车运动路线给运动底盘模块使得依据小车运动到达指定位置坐标处；
其中，小车运动到达指定位置坐标过程中，信息处理模块接收到红外避障模块传输来的路障信息，会反馈给小车绕道指令以及相应的绕道路线，小车运动底盘模块依据绕道路线避开路障；
步骤3.信息处理模块发送来的图像采集指令给摄像采集模块，摄像采集模块接收图像采集指令并以一定速率S1拍摄图片；
步骤4.摄像采集模块将拍摄的图片信息传输回信息处理模块，信息处理模块解析图片中球的位置控制运动底盘模块运动小车到指定位置，再控制拾球器模块的滚轴驱动滚筒与夹持机构拾球；
在上述步骤1到步骤4的操作过程中，智能操作端发现某小车应答超时，或各小车远程通信及定位模块反馈的GPS数据异常时，标记该小车故障，将该小车位置信息忽略，并结束正常工作模式跳至步骤A，进入自主避让模式；
步骤A.智能操作端将剩余小车反馈的位置重新划分各小车的拾球坐标范围，并向各小车发布，具体为：
智能操作端划定各小车行动路径，保证所有的并集包含整个场地，并将路径信息发送给小车；
步骤B.各小车的无线信息收发模块的串口和蓝牙模块收到路径信息后，反馈给信息处理模块；
步骤C.信息处理模块将路径信息进行译码，生成工作指令给摄像采集模块、拾球器模块和底盘运动模块，小车按照划定的路径开始行进并以一定速率S2采集图像，并做如下操作：
C.1当拾球坐标范围内有网球，且该拾球坐标范围内仅有一辆小车时，则当前小车的信息处理模块根据自身定位信息及摄像采集模块采集画面中网球画面，计算行进路线，控制拾球器模块和底盘运动模块，同时依据摄像采集模块采集的画面进行调整；
C.2当拾球坐标范围内有网球，且该拾球坐标范围内有大于等于两辆小车时，则此拾球坐标范围内小车近程无线收发模块向其余小车发布小球位置，依据定位模块中采集的定位信息判断各小车距离网球的位置，并做如下操作：
C.2A距离小球最近的小车前去拾球，其余小车继续按原定轨迹行进；
脱离计划路径的小车的控制信息处理模块会发出停止寻球进程指令，小车在拾球完成后返回脱离路径的位置，继续按基本路径行进并重启寻球进程；
C.2B若数辆小车距离小球距离相同，则距离相同的小车间进行随机等待，最早等待结束的小车通过Wifi模块1或蓝牙模块向其他小车发布继续按基本路径行进的指令，前去拾球；
在步骤C操作期间，某小车装满时，该小车执行步骤D操作，其余小车等待满舱小车发送信息后，再执行步骤E；
步骤D.该小车的信息处理模块控制运动底盘模块的压力传感器会给控制信息处理模块发出满舱报警信息，该小车的信息处理模块通过远程通信及定位模块向智能操作端发送仓满信号，并继续按原有路径前进，此时小车停止拾球进程，只进行寻球进程，即仅将其定位模块获取的GPS定位信息继续发送给其它小车；
步骤E.其余小车接收球满小车发送的小球位置信息，计算小球位置与自身路径最短距离，由最短距离最小的小车前去拾球；当拾球范围内小车拍摄的图片中显示没网球时，向智能操作端发送工作完成信号，结束自主避让模式。
多台协作控制模块内置有多台协作控制协议，可在协作模式实现多台小车一起捡球，分区域工作和互相协作传输信息；
其中，可控捡球小车系统中“源小车”和“目的小车”之间传输信息的步骤，具体为：
步骤a：传输信息前，所有小车均进行初始化，具体包括如下内容：
步骤a.1)当前小车发送“直达小车”查询信号，收到该查询信号的小车回送响应信号，当前小车根据此询问信号和响应信号建立“直达小车”数量、“直达小车”位置列表以及本小车与“直达小车”的路宽列表；
其中，查询信号具体为：每个小车的控制信息处理模块通过其远程通信与定位中的定位模块存储和发送当前小车位置信息；
其中，响应信号包括小车位置列表信息；
其中，位置列表信息未小车位置信息、小车全局名、小车IP地址、小车在可控捡球小车系统中的编号中的一种；
其中，小车IP地址以及小车全局名适用于大的分布式球场；
步骤a.2...
【专利技术属性】
技术研发人员：卢继华，谷博宇，胡韬，王欢，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。