一種基于圖像識別的智能網球拾取機器人的制作方法

本發明涉及智能機器人技術領域，尤其涉及一種基于圖像識別的智能網球拾取機器人。

背景技術：

隨著社會的發展和進步，網球運動開始普及，網球運動愛好者也是隨之逐年遞增。但是，在網球運動過程中不可避免需要人工撿球，而撿球的過程會造成時間的浪費和體力的消耗。

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

技術實現要素：

為克服現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種基于圖像識別的智能網球拾取機器人。

本發明解決其問題所采用的技術方案是：

包括視覺識別處理系統，中央控制系統，傳感信息系統，遠程控制系統，執行系統和電源系統，所述視覺識別處理系統包括usb攝像頭、wi-fi無線模塊、pc機，所述中央控制系統包括主控芯片和驅動模塊，所述傳感信息系統包括加速度計陀螺儀模塊、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，所述遠程控制系統包括終端app和藍牙無線模塊，所述執行系統包括機械臂、移動輪和儲卸球裝置，其中儲卸球裝置包括步進電機、絲桿升降機構、儲球倉和倉門擋板，所述電源系統包括電池組和穩壓電源模塊；所述視覺識別處理系統通過圖像識別處理成坐標信息，所述中央控制系統將接收到的坐標信息傳輸到傳感信息系統，所述傳感信息系統對執行系統進行智能控制實現機器人移動、撿球和卸球，所述遠程控制系統發送指令通過串口協議傳輸給中央控制系統，所述電源系統提供穩定的電源。

進一步地，所述usb攝像頭實時采集前方場地視頻數據，所述wi-fi模塊與usb接口連接將視頻數據傳輸到pc機，所述pc機處理圖像后返回的識別坐標信息傳輸到主控芯片。

進一步地，所述主控芯片處理wi-fi模塊和藍牙模塊收到的數據后判斷需要控制的驅動模塊，所述驅動模塊包括一號pwm驅動模塊、二號pwm驅動模塊、直流電機驅動模塊和步進電機驅動模塊。

進一步地，所述主控芯片根據加速度計陀螺儀模塊和霍爾測速模塊的數據結合pid算法通過iic協議改變一號pwm驅動模塊的各路pwm信號的輸出，再通過直流電機驅動模塊控制各個移動輪，實現機器人移動；所述主控芯片通過iic協議改變二號pwm驅動模塊的各路pwm信號的輸出，從而控制機械臂的各個舵機的角度，實現機器人撿球；所述主控芯片通過控制步進電機驅動模塊控制儲卸球裝置的步進電機，進而帶動絲桿升降機構，使儲球倉上升，實現機器人卸球。

進一步地，所述加速度計陀螺儀模塊采集機器人的角度以及角速度，所述霍爾測速模塊采集各個移動輪的方向和速度，所述紅外傳感模塊檢測尋找返回路徑的紅外光強度，所述物理碰撞模塊監測機器人是否觸碰到卸球的裝置，所述霍爾傳感器模塊監測卸球時儲球倉的高度。

進一步地，所述機械臂包括一號舵機、二號舵機、三號舵機、四號舵機、小臂、大臂和機械手，所述一號舵機控制機械臂的水平旋轉角度，二號舵機和三號舵機分別控制機械臂的大臂和小臂，四號舵機控制機械手的開合；所述移動輪包括直流減速電機、麥克納姆輪和聯軸器，所述直流減速電機和麥克納姆輪通過聯軸器相連接，所述麥克納姆輪的特殊結構支持任意水平方向移動；所述儲卸球裝置的步進電機控制絲桿升降機構實現儲球倉上升和下降。

進一步地，所述儲球倉上升超過倉門擋板的高度時，儲球倉的倉門掉下打開，實現卸球；所述儲球倉下降到限位結構的高度時，倉門擋板會頂住儲球倉的倉門，使倉門關閉，實現儲球。

進一步地，所述終端app通過連接藍牙無線模塊向機器人發送切換模式指令和移動控制指令，所述藍牙無線模塊把接收到的指令通過串口協議傳輸給主控芯片。

本發明的有益效果是：本發明采用的一種基于圖像識別的智能網球拾取機器人，利用視覺識別系統對網球進行精確的圖像識別，避免了誤判而拾取到雜物。通過中央控制系統智能控制實現機器人移動、撿球和卸球，提高了撿球效率。另外，本發明控制模式有三種，包括全自動模式、半自動模式和全手動模式，用戶可以根據實際情況選擇合適的控制模式操作機器人，這樣大大提高了使用的靈活性。

附圖說明

圖1是本發明俯視圖；

圖2是本發明仰視圖；

圖3是本發明側視圖；

圖4是本發明后視圖；

圖5是本發明機器臂的結構示意圖。

圖中標號：1-wi-fi無線模塊；2-步進電機驅動模塊；3-物理碰撞模塊；4-紅外傳感模塊；5-一號pwm驅動模塊；6-二號pwm驅動模塊；7-霍爾測速模塊；8-直流減速電機；9-聯軸器；10-麥克納姆輪；11-主控芯片；12-藍牙無線模塊；13-直流電機驅動模塊；14-電池組；15-加速度計陀螺儀模塊；16-穩壓電源模塊；17-機械手；18-四號舵機；19-二號舵機；20-大臂；21-小臂；22-三號舵機；23-一號舵機；24-步進電機；25-絲桿升降機構；26-usb攝像頭；27-霍爾傳感器模塊；28-儲球倉；29-倉門擋板。

具體實施方式

下面結合附圖和實例對本發明作進一步說明。

如圖1-圖5，本發明的一種基于圖像識別的智能網球拾取機器人,包括視覺識別處理系統，中央控制系統，傳感信息系統，遠程控制系統，執行系統和電源系統，所述視覺識別處理系統包括usb攝像頭26、wi-fi無線模塊1、pc機（圖未示出），所述中央控制系統包括主控芯片11和驅動模塊，所述傳感信息系統包括加速度計陀螺儀模塊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，所述遠程控制系統包括終端app（圖未示出）和藍牙無線模塊12，所述執行系統包括機械臂、移動輪和儲卸球裝置，其中儲卸球裝置包括步進電機24、絲桿升降機構25、儲球倉28和倉門擋板29，所述電源系統包括電池組14和穩壓電源模塊16；所述視覺識別處理系統通過圖像識別處理成坐標信息，所述中央控制系統將接收到的坐標信息傳輸到傳感信息系統，所述傳感信息系統對執行系統進行智能控制實現機器人移動、撿球和卸球，所述遠程控制系統發送指令通過串口協議傳輸給中央控制系統，所述電源系統提供穩定的電源。

如圖1-圖4，所述usb攝像頭26實時采集前方場地視頻數據，所述wi-fi無線模塊1與usb接口連接將視頻數據傳輸到pc機，所述pc機處理圖像后返回的識別坐標信息傳輸到主控芯片11。

如圖1-圖4，所述主控芯片11根據加速度計陀螺儀模塊15和霍爾測速模塊7的數據結合pid算法通過iic協議改變一號pwm驅動模塊5的各路pwm信號的輸出，再通過直流電機驅動模塊13控制各個移動輪，實現機器人移動；所述主控芯片11通過iic協議改變二號pwm驅動模塊6的各路pwm信號的輸出，從而控制機械臂的拾取動作，實現機器人撿球；所述主控芯片11通過控制步進電機驅動模塊2控制儲卸球裝置的步進電機24，進而帶動絲桿升降機構25，使儲球倉28上升，實現機器人卸球。

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

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

如圖1-圖2，所述移動輪包括直流減速電機8、麥克納姆輪10和聯軸器9，所述直流減速電機8和麥克納姆輪10通過聯軸器9相連接，所述麥克納姆輪10的特殊結構支持任意水平方向移動。

如圖3-圖4，所述儲卸球裝置的步進電機24控制絲桿升降機構25實現儲球倉28上升和下降，所述儲球倉28上升超過倉門擋板29的高度時，儲球倉28的倉門掉下打開，實現卸球；所述儲球倉28下降到限位結構的高度時，倉門擋板29會頂住儲球倉28的倉門，使倉門關閉，實現儲球。

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

本發明有三種控制模式的實施例，包括全自動模式、半自動模式和全手動模式。

在全自動模式中，usb攝像頭26把實時視頻數據通過wi-fi無線模塊1無線傳輸回pc機，pc機對圖像數據進行處理識別，再通過wi-fi無線模塊1把坐標信息傳輸給主控芯片11，主控芯片11根據接收到的不同坐標信息進行處理，傳感信息系統對執行系統進行智能控制，實現全自動智能拾取網球，當儲卸球裝置內的網球達到預設數量時，機器人根據自動傳感信息系統中的紅外傳感模塊4自動計算返回卸球籃子的路徑，當物理碰撞模塊3檢測到觸碰卸球籃子信號之后，機器人開始把儲卸球裝置內的網球卸到籃子里，然后再回到撿球區域繼續下一輪撿球。

在半自動模式中，通過終端app遠程控制機器人移動到網球附近，usb攝像頭26會把實時視頻數據通過wi-fi無線模塊1無線傳輸回pc機，pc機對圖像數據進行處理識別，再通過wi-fi無線模塊1把坐標信息傳輸給主控芯片11，如果判定網球在機械臂可抓取的范圍內，主控芯片11會控制機械臂對網球進行抓取，并放置到儲卸球裝置中。當儲卸球裝置中的網球達到一定數量，通過終端app控制機器人回到卸球區域把球卸到籃子里。

在全手動模式中，通過終端app遠程控制機器人的所有操作，包括機器人的移動、機械臂的移動和拾取、儲卸球裝置的裝卸，實現對目標物體的抓取和裝卸。

以上所述，只是本發明的較佳實施例而已，本發明并不局限于上述實施方式，只要其以相同的手段達到本發明的技術效果，都應屬于本發明的保護范圍。