一种基于机器视觉的智能捡球机器人[实用新型专利]

(12)实用新型专利

(10)授权公告号 CN 212090778 U(45)授权公告日 2020.12.08

(21)申请号 202020091480.8(22)申请日 2020.01.16

(73)专利权人 滨州学院

地址 256600 山东省滨州市黄河五路391号(72)发明人 王明源　宗梓范　李恩京　于文笑　

范国帅　(74)专利代理机构 北京志霖恒远知识产权代理

事务所(普通合伙) 11435

代理人 周丹(51)Int.Cl.

A63B 47/02(2006.01)

权利要求书1页 说明书4页 附图7页

(54)实用新型名称

一种基于机器视觉的智能捡球机器人(57)摘要

本实用新型公开了一种基于机器视觉的智能捡球机器人，包括外框，外框通过其内侧壁上开有的多个滑槽滑动连接有安装框，且安装框由安装在外框上端面的升降电机驱动，安装框的内部安装有放球桶，放球桶呈上下开口的圆筒状，且放球桶的下端连接有固定框，且固定框的内侧壁上固定连接有多根弹力绳，且多根弹力绳之间呈线性阵列均匀的排布在固定框的内部，外框通过其上安装有的安装杆安装有摄像模块，外框的下端侧面上安装有多个轮子，本装置采用机器实现了自动捡球，而且捡球的结构比较简洁巧妙，另外本装置的存球与捡球相互分开互不影响，可以存放较多的球。

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权　利　要　求　书

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1.一种基于机器视觉的智能捡球机器人，包括外框(1)，其特征在于：所述外框(1)通过其内侧壁上开有的多个滑槽(2)滑动连接有安装框(3)，且安装框(3)由安装在外框(1)上端面的升降电机(4)驱动，所述安装框(3)的内部安装有放球桶(5)，所述放球桶(5)呈上下开口的圆筒状，且放球桶(5)的下端连接有固定框(6)，且固定框(6)的内侧壁上固定连接有多根弹力绳(7)，且多根弹力绳(7)之间呈线性阵列均匀的排布在固定框(6)的内部，所述外框(1)的下端侧面上安装有多个轮子(17)。

2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的智能捡球机器人，其特征在于：所述放球桶(5)的内部固定连接有隔板(10)，所述放球桶(5)通过下端侧面上固定连接有的连接块(11)与固定框(6)转动连接，且固定框(6)的后侧重量大于前侧重量，所述固定框(6)的上侧面和放球桶(5)的下端面之间连接有塑料膜(12)，所述放球桶(5)的后侧面上连接有通风管(19)，所述通风管(19)的一端与放球桶(5)相通，另一端延伸至放球桶(5)的上端并与安装在运动板(13)上的风机(14)相通，所述运动板(13)也由升降电机(4)驱动，所述放球桶(5)与通风管(19)相通的位置且位于放球桶(5)的内侧壁上固定连接有护罩(15)。

3.根据权利要求2所述的一种基于机器视觉的智能捡球机器人，其特征在于：所述隔板(10)的上方且位于放球桶(5)的内部活动连接有接球桶(16)。

4.根据权利要求2所述的一种基于机器视觉的智能捡球机器人，其特征在于：所述通风管(19)的上端设有挡门(20)，且挡门(20)的上侧与通风管(19)的侧壁相互铰接。

5.根据权利要求1或2所述的一种基于机器视觉的智能捡球机器人，其特征在于：所述固定框(6)的内部固定连接有一根固定杆(18)，所述固定杆(18)的长度等于固定框(6)的内径，且固定杆(18)与弹力绳(7)相互垂直。

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一种基于机器视觉的智能捡球机器人

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技术领域

[0001]本实用新型涉及运动器材技术领域，具体为一种基于机器视觉的智能捡球机器人。

背景技术

[0002]乒乓球是一种世界流行的球类体育项目，它具有锻炼思维反应速度、运动量灵活等特点，是种较好的有氧运动，深受城市居民喜爱网球运动的快速发展造，但是兵乓球需要通过大量的练习才可以拥有很好的技术，而在练习打球时需要捡起大量散落在场地上的球，靠人捡球既累又耗时，现在市面上已经有可以进行自动捡球的机器人，现有的智能捡球机器人大多都是基于OpenMV视觉模块和三轮全向机器人移动控制算法；[0003]OpenMV是一个开源，低成本，功能强大的机器视觉模块，以STM32F767CPU 为核心，集成了OV7725摄像头芯片，在小巧的硬件模块上，用C语言高效地实现了核心机器视觉算法，OpenMV上的机器视觉算法包括寻找色块、人脸检测、眼球跟踪、边缘检测、标志跟踪等，可以用来实现非法入侵检测、产品的残次品筛选、跟踪固定的标记物等功能，OpenMV采用的STM32F427拥有丰富的硬件资源，引出UART，I2C，SPI，PWM，ADC，DAC以及GPIO等接口方便扩展外围功能；通过OpenMV可以实现对乒乓球进行视觉定位，确定需要捡拾的乒乓球的位置，通过三轮全向机器人移动控制算法对乒乓球的位置进行追踪，从而让智能捡球机器人识别并运动到乒乓球的上方。

[0004]但是现有的捡球机器人的拾球机构较为复杂，且内部无法存放较多的球，为此本实用新型提供了一种基于机器视觉的智能捡球机器人。

实用新型内容

[0005]本实用新型的目的在于提供一种基于机器视觉的智能捡球机器人，以解决上述背景技术中提出的问题。

[0006]为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种基于机器视觉的智能捡球机器人，包括外框，所述外框通过其内侧壁上开有的多个滑槽滑动连接有安装框，且安装框由安装在外框上端面的升降电机驱动，所述安装框的内部安装有放球桶，所述放球桶呈上下开口的圆筒状，且放球桶的下端连接有固定框，且固定框的内侧壁上固定连接有多根弹力绳，且多根弹力绳之间呈线性阵列均匀的排布在固定框的内部，所述外框的下端侧面上安装有多个轮子。[0007]优选的，所述放球桶的内部固定连接有隔板，所述放球桶通过下端侧面上固定连接有的连接块与固定框转动连接，且固定框的后侧重量大于前侧重量，所述固定框的上侧面和放球桶的下端面之间连接有塑料膜，所述放球桶的后侧面上连接有通风管，所述通风管的一端与放球桶相通，另一端延伸至放球桶的上端并与安装在运动板上的风机相通，所述运动板也由升降电机驱动，所述放球桶与通风管相通的位置且位于放球桶的内侧壁上固定连接有护罩。

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优选的，所述隔板的上方且位于放球桶的内部活动连接有接球桶。

[0009]优选的，所述通风管的上端设有挡门，且挡门的上侧与通风管的侧壁相互铰接。[0010]优选的，所述固定框的内部固定连接有一根固定杆，所述固定杆的长度等于固定框的内径，且固定杆与弹力绳相互垂直。[0011]与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型通过升降电机和安装框之间的配合，实现了升降电机可以带动安装框上下运动，从而带动位于安装框上的放球桶和放球桶上固定框上下运动，使固定框内部的弹力绳与乒乓球相互接触，当固定框持续下降与地面接触的时候乒乓球会挤压弹力绳，从而运动弹力绳的上方，达到收球目的，然后升降电机又会通过安装框带动放球桶和固定框向上运动，完成收球的动作，本装置采用机器实现了自动捡球，而且捡球的结构比较简洁巧妙，另外本装置的存球与捡球相互分开互不影响，可以存放较多的球。附图说明

[0012]图1为本实用新型的整体结构示意图；[0013]图2为本实用新型剖视图；

[0014]图3为本实用新型安装框和放球桶的爆炸图；[0015]图4为本实用新型安装槽的内部结构示意图；[0016]图5为本实用新型安装杆和安装槽的爆炸图；[0017]图6为本实用新型接球通和放球桶的爆炸图；[0018]图7为本实用新型图6的A处放大图；

[0019]图8为本实用新型放球桶和固定框的连接示意图；[0020]图9为本实用新型的电连接简图。[0021]图中：1、外框，2、滑槽，3、安装框，4、升降电机，5、放球桶，6、固定框，7、弹力绳，8、安装杆，9、摄像模块，10、隔板，11、连接块，12、塑料膜，13、运动板，14、风机，15、护罩，16、接球桶，17、轮子，18、固定杆，19、通风管，191、提升管，192、下降管，20、挡门，21、固定板，22、螺杆，23、让位槽，24、驱动电机，25、安装板，26、安装槽，27、控制模块， 28、蓄电池。具体实施方式

[0022]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。[0023]请参阅图1-9，本实用新型提供一种技术方案：一种基于机器视觉的智能捡球机器人，包括外框1，所述外框1通过其内侧壁上开有的多个滑槽2滑动连接有安装框3，安装框3上固定连接有多块固定板21(固定板21的数量与滑槽2的数量相同)，且每块固定板21均延伸至对应的滑槽2的内部，且安装框 3由安装在外框1上端面的升降电机4驱动，其中一个滑槽2的内部转动连接有螺杆22，螺杆22与位于同一个滑槽2内部的固定板21啮合连接，升降电机 4的电机轴延伸至对应的滑槽2的内部，并与螺杆22固定连接，升降电机4会带动螺杆22转动，从而使安装框3在外框1的内部上下滑动，所述安装框3 的内部安装有放球桶5，放

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球桶5的外侧壁上固定连接有安装板，安装板上开有螺纹孔，可以通过螺栓将放球桶5与安装框3连接在一起，所述放球桶5呈上下开口的圆筒状，且放球桶5的下端连接有固定框6，且固定框6的内侧壁上固定连接有多根弹力绳7，弹力绳7的材质可以采用橡胶伸缩绳，也可以采用为柔性碳钢，该种材料记忆性能好，可快速回弹复位，不易漏球，且多根弹力绳7之间呈线性阵列均匀的排布在固定框6的内部，所述外框1通过其上安装有的安装杆8安装有摄像模块9，外框1通过其上开有的两个安装槽安装有安装杆8，安装杆8的两端可以分别插入两个安装槽的内部，两个安装槽的槽壁上均开有贯穿口，可以通过螺栓将安装杆8与外框1连接在一起，摄像模块 9安装在安装杆8上，摄像模块9采用OpenMV模块，OpenMV模块可以进行颜色识别和边缘识别组合控制算法，所述外框1的下端侧面上安装有多个轮子17，轮子17采用麦克纳姆轮，每个轮子17均由对应的驱动电机驱动，一共设有三个轮子17，同时也有三个驱动电机(A、B、C)，驱动电机安装在外框1的侧壁内，三个麦克纳姆轮即可使本装置实现全方向移动；

[0024]升降电机4、摄像模块9和多个驱动电机均与安装在安装槽内部的控制模块电连接，安装槽开在外框1的侧壁上，安装槽的内部还安装有电源模块(蓄电池)，可以为本装置提供能源；

[0025]控制模块内部包括单片机、PLC控制器，摄像模块9将识别出的乒乓球坐标发送给单片机，单片机进行计算并利用三轮全向轮移动控制算法计算出最佳路线，最后通过PLC控制器控制驱动电机，从而让本装置运动到乒乓球的正上方，当本装置运动到乒乓球的正上方时，PLC控制器会控制升降电机4运转，使放球桶5和固定框6下降对乒乓球进行拾取；[0026]单片机、PLC控制器、摄像模块9、麦克纳姆轮和三轮全向轮移动控制算法均为现有技术特征，且其结构和工作远离也不是本实用新型的技术特征所在故不做赘述，例如单片机可采用STM32型号、PLC控制器可采用西门子系列的PLC 控制器，摄像模块9可采用LC-OpenMV4型号。

[0027]为了防止放球桶5内部盛放的乒乓球数量过多时，在乒乓球重力的作用下位于最下层的乒乓球会挤开弹力绳7，继而产生漏球，所以将放球桶5分为上下两个空间，并利用上层空间盛放乒乓球，具体而言，所述放球桶5的内部固定连接有隔板10，隔板10与放球桶5的内侧壁固定连接，将放球桶5的内部分为上下两个空间，所述放球桶5的通过下端侧面上固定连接有的连接块11 与固定框6转动连接，且固定框6的后侧重量大于前侧重量，固定框6远离摄像模块9的一侧为后侧，可以在固定框6后侧的侧壁内部安装有配重块来实现固定框6的后侧重于前侧，固定框6的后侧重于前侧后使固定框6呈现倾斜状态(如图7和图8所示)，此时固定框6下降的时候其后侧后先于地面接触，然后前侧在与地面接触，当固定框6内部有乒乓球的时候，且固定框6不与地面接触时，乒乓球在自身的重力作用下就会滑到固定框6的后侧最低点，所述固定框6的上侧面和放球桶5的下端面之间连接有塑料膜12，塑料膜12的设置可以防止乒乓球从固定框6和放球桶5之间的空隙滑出，所述放球桶5的后侧面上连接有通风管19，所述通风管19的一端与放球桶5相通，另一端延伸至放球桶5的上端并与安装在运动板13上的风机14相通(连通处的孔径远小于乒乓球，防止在此处卡住)，由于通风管19要跟随移动所以外框1的侧壁上开有让位槽，可以给通风管19让出位置，并给通风管19留出运动余量，通风管 19由提升管191和下降管192组成，提升管191的形状为“]”形，下降管192 呈一条直线，下降管192与提升管191的上端固定连接(且提升管191的横向段与下降

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管192均向下倾斜，可为多个乒乓球提供空间，下降管192倾斜角度更大)如图1和图2所示，下降管192与风机14相通，提升管191与放球桶5 相通，风机14可以将放球桶5内部的乒乓球通过提升管191吸到下降管192 的内部，然后乒乓球通过下降管192掉到放球桶5的内部隔板10的上方，所述运动板13也由升降电机4驱动，运动板13也与螺杆22啮合连接，所述放球桶 5与通风管19相通的位置且位于放球桶5的内侧壁上固定连接有护罩15，护罩 15位于固定框6最低点的正上方，当固定框6内部有乒乓球的时候，乒乓球会在重力作用下滑动到固定框6的最低点也就是护罩15的正下方，此时风机14 启动会将乒乓球吸到下降管192的内部，然后风机14停止运转(运转时间可事先设置如为20s)，这样位于下降管192内部的乒乓球就会掉进放球桶5的内部隔板10的上方。[0028]具体而言，所述隔板10的上方且位于放球桶5的内部活动连接有接球桶16，通风管19和运动板13竖向位置与接球桶16不重合不会阻碍接球桶16的拿出，乒乓球会调入接球桶16的内部，这样每次都只需要将接球桶16取出即可，接球桶16的设置方便了取球。[0029]具体而言，所述通风管19的上端设有挡门20，且挡门20的上侧与通风管 19的侧壁相互铰接，挡门20与下降管192相互连接，当风机14启动的时候空气也会通过下降管192进入风机14的内部，挡门20的作用类似单向阀，当吸气时空气流经下降管192的时候会带动挡门20将下降管192堵住，此时空气只能经过提升管191的下端进入风机14内，可以更好的将乒乓球吸起。

[0030]具体而言，所述固定框6的内部固定连接有一根固定杆18，所述固定杆18 的长度等于固定框6的内径，且固定杆18与弹力绳7相互垂直，固定杆18的设置可以限定弹力绳7的上升高度，从而可以让乒乓球更好的将弹力绳7挤开，当然此种形式可以通过交错设置弹力绳7来实现。

[0031]工作原理：使用时本装置会先通过摄像模块9对乒乓球进行视觉定位，然后将识别的坐标发送给控制模块，由控制模块来控制轮子17使本装置移动到乒乓球的上方，当本装置移动到乒乓球的正上方时，控制模块会使升降电机4顺时针转动，从而使螺杆22也顺时针转动，继而使安装框3、放球桶5和固定框 6下降，当固定框6完全与地面接触的时候乒乓球就会挤开弹力绳7运动到固定框6的内部，此时升降电机4会逆时针转动，从而使安装框3、放球桶5和固定框6上升，当安装框3、放球桶5和固定框6回到初始位置时升降电机4 停止运转(可采用步进电机能够控制行程)，此时在重力作用下乒乓球会运动到固定框6内部的最低点，然后风机14会启动(风机14的启动可实现编程在PLC 中，如升降电机4停转10s启动运转20s，之后再关闭)，将乒乓球通过提升管 191吸到下降管192的内部，之后风机14会停止运转，然后乒乓球会在自身的重力作用下掉入接球桶16的内部，此时本装置即完成一次拾球的动作。

[0032]尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

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