[发明专利]基于视觉识别和全向移动的智能网球训练机器人及训练方法

权利要求书

1.基于视觉识别和全向移动的智能网球训练机器人，其特征在于，由全向移动底盘(1)、发射机构云台(2)、视觉识别系统(3)和球仓机构(4)四部分组成；全向移动底盘(1)包括麦克纳姆轮(1-1)、法兰(1-2)、底盘电机(1-3)、减震悬挂(1-4)、底盘机架(1-5)、Yaw轴电机套(1-6)、电池盒(1-7)、红外对管(1-8)和底盘主控板(1-9)；发射机构云台(2)包括Yaw轴电机(2-1)、Pitch轴电机(2-2)、Roll轴电机(2-3)、云台支架(2-4)、拨弹盘(2-5)、6字形供弹主体(2-5-1)、拨弹体(2-5-2)、一号摩擦轮电机及电调(2-5-3)、二号摩擦轮电机及电调(2-5-4)、光电收发器模块(2-5-5)、云台主控板(2-6)、拨弹盘电机(2-7)；视觉识别系统(3)包括摄像头(3-1)、视觉主控板(3-2)；球仓机构(4)包括球仓机架(4-1)、立柱(4-2)、存储仓(4-3)、开漏机构(4-4)；

减震悬挂(1-4)由四根减震支架、两根减震弹簧和一块减震底板组成；减震底板为方形，减震支架分布在减震底板四角，将底盘机架与减震底板活性连接，减震底板上表面开孔，连接两根减震弹簧的一端，减震弹簧的另一端与底盘机架活性连接；法兰(1-2)固连在减震底板中间，将底盘电机(1-3)与麦克纳姆轮(1-1)活性连接，分布在减震底板两侧，上述的减震悬挂(1-4)、底盘电机(1-3)、法兰(1-2)、麦克纳姆轮(1-1)的组合一共有四个，两两一组分布在底盘机架的对立两侧，且满足两前轮、两后轮的旋转轴分别共线，四个轮的旋转轴在同一水平面；

6字形供弹主体(2-5-1)由一面开口的圆柱形薄壁筒和直立开通孔圆柱体两部分组成；拨弹体(2-5-2)由圆柱体圆盘及圆盘侧面均布的6-18个螺钉组成，螺钉与圆盘中间串联4-6个滚动轴承；拨弹体(2-5-2)与圆柱形薄壁筒、拨弹盘电机(2-7)同心活性连接，拨弹体(2-5-2)整体结构半径小于圆柱形薄壁筒，拨弹盘电机(2-7)位于圆柱形薄壁筒下方，与拨弹体(2-5-2)活性连接；圆柱形薄壁筒内侧壁中部安装有毛刷；直立开通孔圆柱体内侧壁开贯穿键槽和凹孔，键槽两侧安装一号摩擦轮电机及电调(2-5-3)、二号摩擦轮电机及电调(2-5-4)、凹孔内安装有光电收发器模块(2-5-5)，直立开通孔圆柱体靠近圆柱形薄壁筒的一侧的侧面连接有串接了4-6个滚动轴承的螺钉；

视觉主控板(3-2)由一些凸起和摄像头支架组成，摄像头(3-1)通过摄像头支架与视觉主控板(3-2)活性连接；

底盘主控板(1-9)与四个底盘电机的正负极及与其相连的编码器的信号线及编码器的电源线相连，底盘主控板(1-9)与云台Yaw轴电机进行信号和电源连接，底盘主控板(1-9)与无线传输模块进行信号和电源连接，底盘主控板(1-9)与视觉主控板(3-2)和云台主控板(2-6)进行信号连接；云台主控板(2-6)与Pitch轴电机(2-2)、Roll轴电机(2-3)、2-3个摩擦轮电机的正负极相连，云台主控板(2-6)与2-3个摩擦轮电调信号相连，云台主控板(2-6)与陀螺仪加速度计、开漏机构(4-4)的舵机、光电收发器模块(2-5-5)之间进行信号及电源连接。

2.基于视觉识别和全向移动的智能网球训练机器人训练方法，基于视觉识别和全向移动的智能网球训练机器人由全向移动底盘(1)、发射机构云台(2)、视觉识别系统(3)和球仓机构(4)四部分组成；全向移动底盘(1)包括麦克纳姆轮(1-1)、法兰(1-2)、底盘电机(1-3)、减震悬挂(1-4)、底盘机架(1-5)、Yaw轴电机套(1-6)、电池盒(1-7)、红外对管(1-8)和底盘主控板(1-9)；发射机构云台(2)包括Yaw轴电机(2-1)、Pitch轴电机(2-2)、Roll轴电机(2-3)、云台支架(2-4)、拨弹盘(2-5)、6字形供弹主体(2-5-1)、拨弹体(2-5-2)、一号摩擦轮电机及电调(2-5-3)、二号摩擦轮电机及电调(2-5-4)、光电收发器模块(2-5-5)、云台主控板(2-6)、拨弹盘电机(2-7)；视觉识别系统(3)包括摄像头(3-1)、视觉主控板(3-2)；球仓机构(4)包括球仓机架(4-1)、立柱(4-2)、存储仓(4-3)、开漏机构(4-4)；

减震悬挂(1-4)由四根减震支架、两根减震弹簧和一块减震底板组成；减震底板为方形，减震支架分布在减震底板四角，将底盘机架与减震底板活性连接，减震底板上表面开孔，连接两根减震弹簧的一端，减震弹簧的另一端与底盘机架活性连接；法兰(1-2)固连在减震底板中间，将底盘电机(1-3)与麦克纳姆轮(1-1)活性连接，分布在减震底板两侧，上述的减震悬挂(1-4)、底盘电机(1-3)、法兰(1-2)、麦克纳姆轮(1-1)的组合一共有四个，两两一组分布在底盘机架的对立两侧，且满足两前轮、两后轮的旋转轴分别共线，四个轮的旋转轴在同一水平面；

6字形供弹主体(2-5-1)由一面开口的圆柱形薄壁筒和直立开通孔圆柱体两部分组成；拨弹体(2-5-2)由圆柱体圆盘及圆盘侧面均布的6-18个螺钉组成，螺钉与圆盘中间串联4-6个滚动轴承；拨弹体(2-5-2)与圆柱形薄壁筒、拨弹盘电机(2-7)同心活性连接，拨弹体(2-5-2)整体结构半径小于圆柱形薄壁筒，拨弹盘电机(2-7)位于圆柱形薄壁筒下方，与拨弹体(2-5-2)活性连接；圆柱形薄壁筒内侧壁中部安装有毛刷；直立开通孔圆柱体内侧壁开贯穿键槽和凹孔，键槽两侧安装一号摩擦轮电机及电调(2-5-3)、二号摩擦轮电机及电调(2-5-4)、凹孔内安装有光电收发器模块(2-5-5)，直立开通孔圆柱体靠近圆柱形薄壁筒的一侧的侧面连接有串接了4-6个滚动轴承的螺钉；

视觉主控板(3-2)由一些凸起和摄像头支架组成，摄像头(3-1)通过摄像头支架与视觉主控板(3-2)活性连接；

底盘主控板(1-9)与四个底盘电机的正负极及与其相连的编码器的信号线及编码器的电源线相连，底盘主控板(1-9)与云台Yaw轴电机进行信号和电源连接，底盘主控板(1-9)与无线传输模块进行信号和电源连接，底盘主控板(1-9)与视觉主控板(3-2)和云台主控板(2-6)进行信号连接；云台主控板(2-6)与Pitch轴电机(2-2)、Roll轴电机(2-3)、2-3个摩擦轮电机的正负极相连，云台主控板(2-6)与2-3个摩擦轮电调信号相连，云台主控板(2-6)与陀螺仪加速度计、开漏机构(4-4)的舵机、光电收发器模块(2-5-5)之间进行信号及电源连接；其特征在于，包括以下步骤：

(1)机器人上电，执行自检程序，如果有自检标志位置位，返回错误信息，否则进入下一步；

(2)进入模式选择界面，检测机身输入端和无线传输模块是否收到模式选择指令，是则将相应的模式标志位置位，并进入下一步，否则继续检测；

(3)执行选定模式下的发球动作，即向四个底盘电机、三个云台电机、2-3个摩擦轮电机发出对应的信号；

(4)判断红外对管避障标志位是否置位，是则进入避障程序，直到红外对管避障标志位清零，否则进入下一步；

(5)判断开漏机构舵机转向标志位是否置位，是则进入网球补充程序，直到开漏机构舵机转向标志位清零，否则进入下一步；

(6)读取2-3个摩擦轮电调、四个底盘电机对应的编码器、陀螺仪加速度计返回的机器人当前的运动信息和位置信息，进行PID控制；

(7)判断使用者训练标志位是否置位，是则将程序停止标志位置位，并进入下一步，否则进入下一步；

(8)判断程序停止标志位是否置位，是则进入训练停止程序，否则回到步骤(3)。