智能撿球車的制作方法

本實用新型涉及一種智能撿球車，屬于智能體育設施。

背景技術：

這三段整合為兩段，改為：

乒乓球的訓練需要大量的練習，由于拍球的速度快，短時間就需要使用較多的球，在打球的過程中，撿球會消耗人們大量的體力和精力。如何快速的撿拾地面的訓練球是訓練員和教練員十分頭疼的事情。

已有的撿球裝置，需要人為操控，不符合現場的實用環境，因此發明智能撿球車用來自主撿球。

技術實現要素：

本發明提供一種智能撿球車，解決人工撿球慢或現有無人撿球器成本高、效率低的問題。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

智能撿球車，包括車體和撿球器，所述撿球器設置在車體的前部，所述車體設有四組驅動輪，每組驅動輪設有單獨的行走電機，所述車體的內部設有為行走電機提供電能的蓄電池，所述車體的前部還設有舵機，舵機的動力輸出桿連接于所述的撿球器，撿球器為下部開口的透明容器，撿球器的開口對稱邊緣設有等距的槽，對稱邊緣的對應位置槽設有多根橡皮筋，相鄰橡皮筋(8)間的最大距離小于乒乓球的直徑，撿球器為環扇形，材質為聚丙烯。

拾球器的下部開口邊緣向下延伸出擋球沿。

作為優選，還包括主板電路和傳感裝置，主板電路上設有微控制器和顯示屏，所述傳感裝置包括設置在車體上的攝像頭、紅外傳感器和超聲波傳感器，攝像頭、紅外傳感器和超聲波傳感器接入主板電路上。

進一步的優選，包括蓄電池的輸出接口設有電源穩壓電路，電源穩壓電路的輸出端并聯舵機穩壓電路和主板穩壓電路，舵機穩壓電路的輸出端接入舵機的電源接口，主板穩壓電路的輸出端接入主板的電源輸入端。

作為優選，電源穩壓電路的輸出端還并聯接入兩行走電機驅動電路，每個行走電機驅動電路的輸出端接入同軸的兩驅動輪的行走電機，行走電機驅動電路的信號輸入端接入主板電路對應的信號引腳。

作為優選，紅外傳感器、超聲波傳感器和攝像頭接入主板電路的傳感信號引腳（，所述紅外傳感器包括四組（，超聲波傳感器包括兩組。

進一步的優選，電源穩壓電路、舵機穩壓電路和主板穩壓電路為LM2596S穩壓模塊，行走電機驅動電路為L298N電機驅動模塊，主板電路為單片機。

作為優選，攝像頭型號為OV5640，超聲波傳感器為US-100超聲波模塊。所述作為優選，車體為框架結構，舵機設置在車體的前部，舵機的輸出軸伸出車體外固定于所屬的撿球器，撿球器的一側面設有開口及對應的蓋門，蓋門蓋住開口并能開啟或關閉。所述車體的中部豎直設一固定桿，固定桿的頂部設有所述的攝像頭。

本實用新型的優點在于：

結構簡單，造價成本低，利用成熟的零部件搭建，除了實用，還可以用于學習設計；

改進已有的立方體撿球器為圓扇形，撿拾的面積大，避免撿拾中車體多次掉頭浪費時間；

由于整體車體的驅動采用四驅，其運動靈活，行走速度快。

附圖說明

圖1是本實用新型的小車的主視圖，

圖2是本實用新型的小車的后視圖，

圖3是本實用新型的小車的左視圖，

圖4是本實用新型的小車的電路連接圖，

圖5是本使用新型的撿球器的結構圖。

附圖標記

1車體2撿球器3驅動輪4行走電機5蓄電池6舵機7動力輸出桿8橡皮筋9主板電路10攝像頭11紅外傳感器12超聲波傳感器13電源穩壓電路14舵機穩壓電路15主板穩壓電路16行走電機驅動電路17開口18蓋門。

具體實施方式

智能撿球車，包括車體1和撿球器2，車體1為框架結構，所述撿球器2設置在車體1的前部，所述車體1設有四組驅動輪3，每組驅動輪3設有單獨的行走電機4，所述車體1的內部設有為行走電機4提供電能的蓄電池5，所述車體1的前部還設有舵機6，舵機的輸出軸伸出車體外固定于所屬的撿球器，撿球器2為下部開口的透明容器，撿球器2的開口對稱邊緣設有等距的槽，對稱邊緣的對應位置槽內設有橡皮筋8，相鄰橡皮筋8間的最大距離小于乒乓球的直徑，撿球器2為環扇形，材質為聚丙烯，撿球器2的一側面設有開口17及對應的蓋門18，蓋門18蓋住開口17并能開啟或關閉,拾球器的下部開口邊緣向下延伸出擋球沿19。

還包括主板電路9，蓄電池5的輸出接口設有電源穩壓電路13，電源穩壓電路13的輸出端并聯舵機穩壓電路14和主板穩壓電路15，舵機穩壓電路14的輸出端接入舵機6的電源接口，主板穩壓電路15的輸出端接入主板電路9的電源輸入端。

電源穩壓電路13的輸出端還并聯接入兩行走電機驅動電路16，每個行走電機驅動電路16的輸出端接入同軸的兩驅動輪的行走電機4，行走電機驅動電路16的信號輸入端接入主板電路9對應的信號引腳。還包括傳感裝置，主板電路9上設有微控制器和顯示屏，所述傳感裝置包括設置在車體上的攝像頭10、紅外傳感器11和超聲波傳感器12，攝像頭10、紅外傳感器11和超聲波傳感器12接入主板電路9上。

紅外傳感器11、超聲波傳感器12和攝像頭10接入主板電路1的傳感信號引腳，所述紅外傳感器11包括四組，設置在車體1的前方和后方，超聲波傳感器12包括兩組，設置在車體1的兩側。

電源穩壓電路13、舵機穩壓電路14和主板穩壓電路15為LM2596S穩壓模塊，行走電機驅動電路為L298N電機驅動模塊，主板電路9為單片機。攝像頭10型號為OV5640，超聲波傳感器12為US-100超聲波模塊。車體1的中部豎直設一固定桿，固定桿的頂部設有所述的攝像頭10。

實施例

車體的框架為雙層板結構，上層主要放置主板電路及相應的驅動電路模塊，下層主要放置舵機并固定有行走電機，車體前方安放撿球器。主板電路搭載STM32F429IGT6微控制器，微控制器內燒錄控制程序，微控制器負責處理攝像頭采集的圖像、控制行進方向與速度以及撿球動作，撿球器借助四驅直流電機車體行進，借助攝像頭采集圖像進行撿球器撿球。攝像頭型號為OV5640，放置在固定桿頂端，可以觀測到更廣闊的范圍并采集到更多數據。

當攝像頭采集到乒乓球圖像后，該圖像的每個像素點是RGB565（紅、綠、藍）色彩模式，微控制器將該色彩模式轉換成HSL（色相、飽和度、明度）色彩模式以方便處理，然后根據乒乓球成像的HSL色彩模式的閾值范圍使用腐蝕算法和噪點消除算法從圖像中計算出球心的位置坐標。腐蝕算法是指消除邊界點，使邊界向內部收縮，用來確定腐蝕中心從而確定乒乓球球心的位置坐標。當圖像中有多個乒乓球時，把距車體最近的乒乓球球心確定為腐蝕中心。當圖像中有與乒乓球顏色相近的物體時，由于其成像不是圓形，經腐蝕算法處理，從而排除這個物體。噪點消除算法是指對腐蝕中心坐標多次計數，若每次的坐標值相差在允許范圍內，則認為是真正的腐蝕中心；否則認為是噪點予以消除，然后繼續遍歷尋找乒乓球。位置坐標是指以地面為坐標平面，以攝像頭豎直投影點為坐標原點，車體右方為X軸正方向、前方為Y軸正方向，乒乓球與車體的偏移量即為位置坐標。

得到乒乓球的位置坐標后，微控制器使用PWM方式對行走電機調速，驅動車體靠近乒乓球，并在行進途中根據乒乓球與車體中軸線的的偏離程度使用PID算法閉環控制車體轉向，使車體最終正對乒乓球方向行進。該偏離程度用乒乓球球心的位置坐標描述。當乒乓球球心Y坐標值小于預設值時，即表示車體已靠近乒乓球，此時舵機打角抬起撿球器，然后車體繼續前進一小段距離后將撿球器調整為水平狀態，乒乓球受力進入撿球器。撿球器是空心盒體下部開口，開口的側邊設設槽并固定橡皮筋，橡皮筋間尺寸略小于乒乓球直徑，在撿球器扣下時乒乓球可通過橡皮筋的間隙進入盒中，又可依靠橡皮筋的彈力勒緊不至于掉出撿球器。撿球器通過一個動力輸出桿與舵機相連，舵機打角就可以控制撿球器的上下移動。

若攝像頭視野中沒有乒乓球，將采取遍歷算法搜索乒乓球室尋找乒乓球，搜索過程中還可以實現避障功能。遍歷算法是指在假定無障礙物的情況下，車體按螺旋線方向行進。避障功能是指，分別在車體的正前、左前、右前、后方放置紅外對管模塊測距避障，左面和右面放置US-100超聲波模塊測距避障，一旦某個傳感器模塊檢測到有障礙物，微控制器便控制車體向相反方向移動以避開障礙物。遍歷算法和避障功能綜合使用，保證車體能夠搜索到整個乒乓球室，并且不妨礙人們的正常訓練。

車體搭載電容顯示屏，直觀顯示攝像頭的采集到的實時畫面。擋球沿19能夠在乒乓球被撿球器下部開口被壓住后防止從邊緣滑出。