本實用新型涉及一種可識別網(wǎng)球并自動拾取網(wǎng)球的機器人，旨在減少進(jìn)行網(wǎng)球運動的人群花費在撿球問題上的時間。

背景技術(shù)：

網(wǎng)球作為一門優(yōu)美卻又激烈的運動，受到了來自全球各地人群的喜愛。這樣一種盛行于全世界的運動，已經(jīng)被稱為世界第二球類運動。在進(jìn)行網(wǎng)球運動時，雖然每一次跑動與揮拍都非常令人愉悅，但若是網(wǎng)球脫離球拍與選手的控制，尤其是對新人玩家而言，撿球都顯得非常繁瑣、令人疲勞但有無可奈何。現(xiàn)在所謂的自動撿球裝置，大概可以分為：1、夾持式撿球裝置，其作用在于撿球人可以不再彎腰去撿球，但是仍然需要人一個個去找球，減少的勞動量有限；2、撿球機，人在通過遙控器控制小車后，小車通過一定的機械結(jié)構(gòu)進(jìn)行撿球，在節(jié)約時間方面并沒有太大的優(yōu)勢。針對以上一些缺點，以及網(wǎng)球體積較大且質(zhì)量較重，利用吹風(fēng)等形式難以實現(xiàn)撿球的特點，提出了一種基于Kinect測距的網(wǎng)球識別、自動拾取裝置。在相對于前述方式的相對更高的成本的情況下，可以實現(xiàn)全自動化并且可靠性極高，且可只需要一臺手機運行程序?qū)C器人進(jìn)行控制，對于網(wǎng)球這種高消費運動而言，其性價比并不低。Kinect深度測量技術(shù)已經(jīng)發(fā)展的比較成熟。該機器人在網(wǎng)球場或是網(wǎng)球館中將會有較大的應(yīng)用空間，在每次打球之前將裝置放置于場地邊緣并開動機器人即可，可以大大降低運動員花費在撿球等行為上的時間，便利性與效率性都將得到較大的提高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型針對進(jìn)行網(wǎng)球運動的人群對于撿球這一行為的深受折磨與反感，提出了一種基于傳感器測距的網(wǎng)球識別、自動拾取機器人，將有效提高進(jìn)行網(wǎng)球運動的運動員的運動效率，減少其花費在撿球這一相對浪費時間的行為上的時間。

本實用新型的技術(shù)方案為：一種基于傳感器測距的網(wǎng)球識別、自動拾取機器人，包括使用舵機進(jìn)行轉(zhuǎn)向的車體、防水元件盒、鋰電池、Kinect傳感器、機械手臂，車體下面裝有四個輪子，車體的底座上裝有防水元件盒、車體的前部底板上裝有Kinect傳感器，用于獲取分布在球場不同位置的網(wǎng)球距離機器人的距離和得到網(wǎng)球與機器人的相對偏移角度；車體的外殼一側(cè)裝有用于撿球的機械手臂，防水元件盒內(nèi)放置鋰電池，鋰電池連接前輪驅(qū)動電機、機械手臂驅(qū)動電機、Kinect傳感器。

所述機械手臂是自由度為2.5的機械手臂，所述機械手臂包括機械關(guān)節(jié)I、機械關(guān)節(jié)II、機械手，所述機械關(guān)節(jié)I通過機械關(guān)節(jié)II連接機械手，且機械關(guān)節(jié)I與機械關(guān)節(jié)II之間呈90度布置，所述機械關(guān)節(jié)I靠近車體，機械關(guān)節(jié)I和機械關(guān)節(jié)II分別沿豎直方向上下擺動的角度為-45°～90°。

所述四個輪子中的兩前輪驅(qū)動且?guī)Ф鏅C，后輪為萬向從動輪。

所述車體上設(shè)有可靈活拆卸球袋的支架，支架上容納常用網(wǎng)球袋。

本實用新型的有益效果：

本實用新型解決了網(wǎng)球運動員需要不斷撿網(wǎng)球的問題。利用Kinect深度傳感器獲得待拾取網(wǎng)球與機器人的距離與角度，機器人根據(jù)這組數(shù)據(jù)自行進(jìn)行撿取。Kinect與機器人關(guān)節(jié)、只要在機器人視野內(nèi)存在有靜止不動的網(wǎng)球，機器人視之為自己目標(biāo)并自動拾取，使用手機即可成為上位機，或者在大型網(wǎng)球場館中使用同一臺上位機終端進(jìn)行控制，實現(xiàn)無需人力的撿球。本實用新型將大大提高運動員進(jìn)行網(wǎng)球運動時的效率。

附圖說明

圖1為基于傳感器測距的網(wǎng)球識別、自動拾取機器人結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為基于傳感器測距的網(wǎng)球識別、自動拾取機器人的功能層框圖；

圖3為機器人的機械手臂結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為車體內(nèi)各部件安裝位置示意圖；

圖5為車體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為機器人撿球流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖與實施例對本實用新型作進(jìn)一步說明。

如圖1至圖5所示，一種基于傳感器測距的網(wǎng)球識別、自動拾取機器人包括：使用舵機轉(zhuǎn)向的車體1、底座、兩個防水元件盒6、兩塊鋰電池7、Kinect傳感器5、自由度為2.5的機械手臂4、可靈活拆卸球袋的支架、外殼2。

車體1下面裝有四個輪子3，前后輪布置為可放置60×40cm固定底座的四輪模式，其中兩前輪驅(qū)動且?guī)Ф鏅C，后輪為萬向從動輪。車體1的底座上裝有防水元件盒6，將底座與四個車輪固定后，將防水元件盒6緊固于底座上，其中一個防水元件盒6中放置兩塊鋰電池7，另一個防水元件盒6中放置Kinect傳感器5。要做到：Kinect傳感器5拍攝中心位于小車正中心。車體1的前部底板上裝有Kinect傳感器5，車體1的外殼2一側(cè)裝有用于撿球的機械手臂4，防水元件盒6內(nèi)放置鋰電池7，鋰電池7連接前輪驅(qū)動電機、機械手臂驅(qū)動電機、Kinect傳感器5，Kinect傳感器5獲得分布在球場不同位置的網(wǎng)球距離機器人的距離，并根據(jù)圖片得到網(wǎng)球與機器人的相對偏移角度，根據(jù)距離和相對偏移角度數(shù)據(jù)來調(diào)整舵機，改變機器人角度，使機器人以勻速駛向網(wǎng)球，并在距離網(wǎng)球30cm處停止，并拾取網(wǎng)球。打開機器人開關(guān)后，機器人進(jìn)行自動判斷并撿球。

如圖1，3所示，機械手臂4包括機械關(guān)節(jié)I4-1、機械關(guān)節(jié)II4-2、機械手4-3，機械關(guān)節(jié)I4-1通過機械關(guān)節(jié)II4-2連接機械手4-3，且機械關(guān)節(jié)I4-1與機械關(guān)節(jié)II4-2之間呈90度布置，機械關(guān)節(jié)I4-1靠近車體1，機械關(guān)節(jié)I4-1和機械關(guān)節(jié)II4-2分別沿豎直方向上下擺動的角度為-45°～90°。

由于Kinect傳感器的拍攝視野有限，且網(wǎng)球脫離控制后最終會掉落在地面，故Kinect傳感器需要盡可能貼近于地面，故將Kinect傳感器盡可能放置在車體前部，緊貼底板。放置好的機器人進(jìn)行冷卻時間為1秒鐘的間隔拍照，這樣進(jìn)行設(shè)置的理由在于，避免機器人誤判拍攝到飛行于空中的網(wǎng)球為需撿取的球。

如圖6所示，Kinect傳感器對含有距離信息的后一幅圖像進(jìn)行處理，判別：(1)是否在圖像中含有待撿取的網(wǎng)球；(2)如果(1)為真，則判別圖像中是否有多個網(wǎng)球；(3)若(2)為真，則標(biāo)記距離機器人最近的球為目標(biāo)；(4)若1為假，機器人旋轉(zhuǎn)25°繼續(xù)進(jìn)行(1)的判定。對于有待撿取網(wǎng)球的圖像進(jìn)行處理：1)獲得目標(biāo)與Kinect的距離；2)獲得網(wǎng)球與機器人前邊緣中心的角度。根據(jù)角度值對舵機進(jìn)行調(diào)整，使小車正對網(wǎng)球；根據(jù)距離值，機器人勻速到達(dá)小車面前，使用機械手臂進(jìn)行拾取。具體拾取過程為：機械關(guān)節(jié)I旋轉(zhuǎn)60°使機械手臂下行，轉(zhuǎn)動機械關(guān)節(jié)II使得機械手位于網(wǎng)球正上方3厘米，機械手張開，關(guān)節(jié)繼續(xù)向下移動，機械手閉合撿起小球。機械手臂逆向進(jìn)行剛才動作，手臂回復(fù)到初始位置，張開機械手，網(wǎng)球掉入球袋。撿球過程完成，機器人旋轉(zhuǎn)25°繼續(xù)搜尋目標(biāo)。