基于树莓派的网球拾取系统的制作方法

1.本实用新型涉及网球拾取装置技术领域，具体而言涉及一种基于树莓派的网球拾取系统。


背景技术：

2.近年来，网球运动在我国发展迅猛，场馆建设规模和数量显著增加，参与该项运动人口数量明显增加，规模不等的赛事层出不穷。网球运动作为当今的一种时尚运动，对人们的身心健康能起到良好的促进作用。普通网球练习者在进行大量的网球练习时，捡球的工作量也较大，对于已经训练疲惫的练习者来说，捡球无疑是一件枯燥而繁重的工作。
3.目前已有研究着眼于自动捡球技术开发，市场上成熟的产品很少，因此智能捡取网球机器人市场潜力较大。目前对于网球自动拾取的方案仍存在以下问题：第一，摄像头大多集成于机械臂上，这会导致小车视野的局限性，网球定位不准确，对动态网球的捕捉会有较长的反应时间；第二，部件损坏后维修不便，整个装置体积大，收纳困难。


技术实现要素：

4.本实用新型目的在于提供一种基于树莓派的网球拾取系统，简化拾取车结构，将摄像头与机械臂分别安装在前后侧，扩大小车视野；灵活安装零配件，使其易于拆卸，便于收纳和维修。
5.为达成上述目的，本实用新型提出一种基于树莓派的网球拾取系统，所述网球拾取系统包括拾取车；
6.所述拾取车包括底盘、盖板、储物篮、电源供电模块、车轮、马达、主板、电压转换电路、微型电脑、机械臂、通信模块和视觉单元；
7.所述电压转换电路和通信模块安装在主板上，所述微型电脑与通信模块连接，通过通信模块接收外部发送的控制指令；
8.所述车轮安装在底盘下方，依次通过马达、电压转换电路和电源供电模块连接，所述电源供电模块安装在底盘下表面，分别与微型电脑、主板、机械臂和视觉单元连接，以提供马达、电压转换电路、微型电脑、机械臂、通信模块和视觉单元正常工作所需电能；
9.所述微型电脑与马达的控制端连接，根据外部控制指令调整马达转速以使车轮转动，携带底盘移动；
10.所述盖板的上表面沿拾取车移动方向被分为前侧区域、中部区域和后侧区域；所述视觉单元安装在盖板上表面的前侧区域，所述储物篮可拆卸地安装在盖板上表面的中部区域，所述机械臂通过螺栓安装在盖板上表面的后侧区域；
11.所述视觉单元和机械臂均与微型电脑连接，视觉单元用于拍摄以拾取车为中心的预设区域范围内的视频图像，使微型电脑从视频图像中识别待抓取的球体，并且控制机械臂将球体抓取至储物篮内。
12.进一步地，所述网球拾取系统还包括处理器和至少一个摄像头；
13.所述至少一个摄像头分布安装在网球场内，其与处理器连接，用于将拍摄的网球场的视频图像发送至处理器；所述处理器用于根据视觉算法识别视频图像中的待拾取的网球，将待拾取网球的位置坐标通过通信模块发送至微型电脑。
14.进一步地，所述网球拾取系统包括四个摄像头，分别安装在网球场的四角。
15.进一步地，所述摄像头采用宽动态摄像头。
16.进一步地，所述机械臂为五轴机械臂。
17.进一步地，所述微型电脑采用树莓派。
18.进一步地，所述拾取车还包括红外避障模块，与微型电脑连接，用于在拾取车移动过程中探测前方是否存在障碍物，并反馈给微型电脑。
19.进一步地，所述红外避障模块通过杜邦线连接至主板。
20.进一步地，所述主板和微型电脑均通过螺栓安装在盖板侧面。
21.以上本实用新型的技术方案，与现有相比，其显著的有益效果在于：
22.简化拾取车结构，将摄像头与机械臂分别安装在前后侧，扩大小车视野；灵活安装零配件，使其易于拆卸，便于收纳和维修；在网球场四角分布安装多个摄像头，辅助拾取车定位，进一步扩大小车视野。
23.应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的实用新型主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的实用新型主题的一部分。
24.结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本实用新型教导的前述和其他方面、实施例和特征。本实用新型的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本实用新型教导的具体实施方式的实践中得知。
附图说明
25.附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本实用新型的各个方面的实施例，其中：
26.图1是本实用新型的拾取车的结构示意图。
27.图2是本实用新型的摄像头安装位置示意图。
28.图3是本实用新型的基于树莓派的网球拾取系统的模块结构示意图。
具体实施方式
29.为了更了解本实用新型的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
30.结合图1，本实用新型提出一种基于树莓派的网球拾取系统，网球拾取系统包括拾取车。
31.拾取车包括底盘13、盖板9、储物篮1、电源供电模块5、车轮14、马达3、主板4、电压转换电路、微型电脑6、机械臂2、通信模块和视觉单元8。
32.电压转换电路和通信模块安装在主板4上，微型电脑6与通信模块连接，通过通信模块接收外部发送的控制指令。通信模块可以采用5g通信，传输速度更快，使小车的反应更加灵敏。
33.车轮14安装在底盘13下方，依次通过马达3、电压转换电路和电源供电模块5连接，电源供电模块5安装在底盘13下表面，分别与微型电脑6、主板4、机械臂2和视觉单元8 连接，以提供马达3、电压转换电路、微型电脑6、机械臂2、通信模块和视觉单元8正常工作所需电能。为了避免体积过大，电源供电模块5为主板4供电，主板4再通过电压转换电路转换电压后，给微型电脑6和马达3供电，使小车结构更紧凑，体积更小。
34.微型电脑6与马达3的控制端连接，根据外部控制指令调整马达3转速以使车轮14转动，携带底盘13移动。微型电脑6采用树莓派。优选的，马达3的数目与车轮14的数目相同，采用一一对应的连接方式，以实现多角度移动路线控制。
35.盖板9的上表面沿拾取车移动方向被分为前侧区域、中部区域和后侧区域；视觉单元8 安装在盖板9上表面的前侧区域，储物篮1可拆卸地安装在盖板9上表面的中部区域，机械臂2通过螺栓安装在盖板9上表面的后侧区域。优选的，主板4和微型电脑6均通过螺栓安装在盖板9侧面。通过前述结构设计，提高了拾取车的易拆装性，便于日常收纳拾取车以及对拾取车的各个结构件进行分别维护。
36.在本技术中，通过将视觉单元8和机械臂2分别安装在盖板9的前后端，使视觉单元8 不再受限于机械臂2的运动状态，稳定拍摄拾取车周围的视频图像，减少了因机械臂2运动导致的视觉死角几率，提高了网球识别精度。至于采用的机械臂2视觉控制方法，可以采用现有技术。例如，专利号为cn108579030a的发明中公开的一种基于视觉的机器人拾球方法，通过直接计算所识别的网球在图像中的面积来获取机器人与网球之间的距离，避免了三维空间定位所带来的复杂计算，也有效提高个拾球效率；或者专利号cn107137890a的发明中公开的一种基于图像识别的智能网球拾取机器人，利用视觉识别系统对网球进行精确的图像识别，并获取精确的坐标信息，避免了误判而拾取到杂物。
37.视觉单元8和机械臂2均与微型电脑6连接，视觉单元8用于拍摄以拾取车为中心的预设区域范围内的视频图像，使微型电脑6从视频图像中识别待抓取的球体，并且控制机械臂 2将球体抓取至储物篮1内。优选的，机械臂2为五轴机械臂2，其控制信号输入端与主板4 的输出端相连接。
38.结合图3，网球拾取系统还包括处理器11和至少一个摄像头10。
39.至少一个摄像头10分布安装在网球场12内，其与处理器11连接，用于将拍摄的网球场 12的视频图像发送至处理器11；处理器11用于根据视觉算法识别视频图像中的待拾取的网球，将待拾取网球的位置坐标通过通信模块发送至微型电脑6。通过前述设计进一步扩大拾取车的视角范围。
40.优选的，结合图3，考虑到网球场12地会有摄像头10盲区，本系统在网球场12地四个角落装有摄像头10，由于场馆的光线有时会变强，摄像头10采用宽动态摄像头10。
41.摄像头10并将网球的数量和位置发送给处理器11，处理器11包括cpu和信号发射器，由cpu对数据进行处理，根据网球特征识别网球的停止位置，以此规划小车路线，由信号发射器发送给拾取车。cpu可以采用现有的网球识别算法，例如前述专利号cn107137890a的发明中公开的一种基于图像识别的智能网球拾取机器人中采用的网球识别算法。应当理解，不管是微型电脑6还是处理器11采用的网球识别算法，均不是本技术的保护内容，由于两者都是从视频图像中识别网球位置，并以此操纵机械臂2，采用现有技术即可。
42.在有摄像头10的情况下，通信模块接收信号发射器发送的数据，传输到微型电脑
6，微型电脑6通过主板4对马达3进行高低电平的控制，以此来驱动拾取车按路线行驶至待拾取网球的位置附近，采用视觉单元8辅助机械臂2完成对网球的拾取过程。
43.为了避免拾取车的路线上有障碍物，拾取车装有红外避障模块7。红外避障模块7输出端通过杜邦线与主板4输入端相连。红外避障模块7可以安装在底盘13上，避免与盖板9上的视觉单元8发生结构干涉。红外避障模块7的阈值可以设为20cm，当拾取车距离障碍物 20cm时，微型电脑6会控制小车进行规避并微调行驶路线，规避方法可以采用现有所有类型智能小车采用的规避算法和采用的配套红外避障模块类型，在此不再赘述。
44.在本公开中参照附图来描述本实用新型的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定义在包括本实用新型的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本实用新型所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本实用新型公开的一些方面可以单独使用，或者与本实用新型公开的其他方面的任何适当组合来使用。
45.虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型。本实用新型所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本实用新型的保护范围当视权利要求书所界定者为准。