一种智能拾球车

1.本发明涉及智能机器人领域，尤其涉及一种智能拾球车。


背景技术：

2.乒乓球作为生活中随处可见的健身活动，在进行乒乓球训练活动中会使用大量的乒乓球，当训练活动结束后，往往伴随着大量的乒乓球散落在场地中。经过长时间的运动再进行乒乓球的拾球是一项很考验的事情。除了乒乓球，还有网球、桌球、高尔夫球等小型球体均存在相同的问题。此时，需要一款球体拾取装置来完成这项工作。
3.市面上的球体拾取装置：一种是手动拾取装置，比较消耗体力，不能完成对角落球体的拾取；再一种是拾球车，只是将机器人与球体拾取装置组装在一起，用机器人代替人工，但对角落或者狭小空间的乒乓球也束手无策。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了提供一种智能拾球车，通过转轴控制装置可拆卸的将拾取装置和移动车体结合连接在一起，减小智能拾球车的体积，提高拾取效率和活动范围。
5.为了实现上述目的，本发明提出一种智能拾球车，包括移动车体和拾取装置，所述移动车体上设有视觉系统和驱动控制系统；
6.所述视觉系统包括激光雷达和图像采集系统，所述驱动控制系统包括信号处理芯片、车轮驱动装置和供电机构，所述车轮驱动装置控制所述移动车体进行移动，所述激光雷达和图像采集系统均与所述信号处理芯片信号连接，所述车轮驱动装置与所述信号处理芯片控制连接，所述供电机构为所述视觉系统和驱动控制系统供电；
7.所述拾取装置包括可开合式的转轴控制装置和拾球滚筒，所述拾球滚筒通过所述转轴控制装置旋转固定在所述移动车体上，所述拾球滚筒随所述移动车体的水平移动进行旋转移动。
8.进一步地，所述驱动控制系统还包括显示控制面板，所述显示控制面板与所述信号处理芯片信号连接；所述激光雷达置于所述移动车体的顶端；所述图像采集系统包括摄像头，所述摄像头置于所述移动车体的前端。
9.进一步地，所述车轮驱动装置包括动力轮、辅助轮和控制所述动力轮运转的驱动系统，所述动力轮和辅助轮均设于所述移动车体的底侧，一对所述动力轮置于所述拾球滚筒的尾端，一对所述辅助轮置于所述拾球滚筒的两侧，且所述动力轮和辅助轮均以所述拾球滚筒的中轴线对称，且所述辅助轮置于所述主轴的下方。
10.进一步地，所述拾球滚筒的内部为中空的存储空间，所述拾球滚筒的两侧分别为对称设置的第一滚筒轮和第二滚筒轮，所述第一滚筒轮和第二滚筒轮之间设有沿边缘周向间隔设置的弹性卡件，所述第一滚筒轮和第二滚筒轮之间通过中心的支撑杆连接固定，所述拾球滚筒以所述支撑杆为轴线旋转。
11.进一步地，所述第一滚筒轮(51)和第二滚筒轮(52)均为支撑骨架，且所述支撑骨
架呈莱罗三角形，所述支撑骨架的各端角处和各端边中段处分别设有连接所述第一滚筒轮(51)和第二滚筒轮(52)对应位置的连接杆(55)，所述弹性卡件(53)均匀分布再相邻所述连接杆(55)之间。
12.进一步地，所述支撑骨架中心设有线盘(91)，所述线盘(91)外侧周向均匀设有六组伸缩变形杆件，相邻所述伸缩变形杆件的端部设有活动铰链(93)，所述线盘(91)通过线盘控制电机(92)控制旋转，旋转的所述线盘(91)带动所述伸缩变形杆件进行伸缩活动，并带动所述活动铰链(93)移动，使所述支撑骨架外侧的边壁活动变形；
13.所述伸缩变形杆件包括钢丝线(94)、套筒(95)、弹簧(96)和活动杆(97)，所述钢丝线(94)的一端缠绕在所述线盘(91)上，另一端与所述活动杆(97)相连，所述活动杆(97)的一端置于所述套筒(95)内，另一端与所述连接杆(55)相接，所述活动杆(97)与所述套筒(95)之间设有所述弹簧(96)；相邻所述钢丝线(94)与所述线盘(91)的缠绕方向互相反向。
14.进一步地，所述存储空间内存储球体，所述弹性卡件为弹性绳索，所述球体的直径大于常态下相邻所述弹性卡件之间的平行间距，且所述球体的直径小于等于形变下相邻所述弹性卡件之间的最大间距。
15.进一步地，所述转轴控制装置包括主轴、滚动轴承和夹持部，所述主轴的顶端固定在移动车体上，所述主轴的底端设有所述夹持部；所述夹持部的内侧为纵向设置的活动槽道，所述活动槽道内的顶侧通过上弹簧连接设有上夹持箍，底侧通过下弹簧连接设有下夹持箍，且所述夹持部的侧边设有一与所述活动槽道通连的安装通口，所述支撑杆的端部设有所述滚动轴承，所述上夹持箍和下夹持箍配合夹卡在所述滚动轴承上。
16.进一步地，所述上夹持箍具有开口向下的半圆环，所述下夹持箍具有开口向上的半圆环，所述上夹持箍和下夹持箍的半圆环内均设有电磁铁，所述信号处理芯片与所述电磁铁电连接。
17.进一步地，还包括收容充电装置，所述收容充电装置包括充电接头、收容槽和置换槽，所述供电机构包括电池和充电系统；所述移动车体上设有磁吸式充电接口，磁吸式充电接口通过所述充电系统与所述电池电连接，所述磁吸式充电接口与所述充电接头配合相接，所述收容槽用于存放由所述转轴控制装置拆卸换下满载的所述拾球滚筒，所述置换槽用于存放便于所述转轴控制装置夹持装上空置的所述拾球滚筒。
18.与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在：可开合式的转轴控制装置，将拾取装置和移动车体组合成一个整体，通过转轴控制装置实现智能拾球车的自动装卸功能，提高智能拾球车的灵活性和功能性。通过图像采集系统与驱动控制系统的配合实现主动避障的功能，达到对智能拾球车运行的精准控制。
19.同时，对智能拾球车的拾取装置进行设计，当智能拾球车工作到角落时，能够对各种角落处的球体进行拾取，提高了智能拾球车的工作范围和工作效率；在拥有较大的球体存储空间的基础上减小了智能拾球车的体积，使其最小可拾取并存储与车身同大容量的大量球体。对智能拾球车的各部分进行模块化设计方便，方便对不同尺寸的球类更换不同的滚筒以及不同尺寸的车轮驱动装置。
附图说明
20.图1为本发明中智能拾球车的侧视结构示意图；
21.图2为图1的俯视图；
22.图3为本发明中智能拾球车的三维简易结构示意图；
23.图4为本发明中转轴控制装置的结构示意图；
24.图5和图6为本发明中拾球滚筒的在墙角进行拾取的示意图；
25.图7为本发明中拾球滚筒的支撑骨架的结构示意图；
26.图8为本发明中支撑骨架变形时伸缩变形杆件的伸缩方向示意图；
27.图9为本发明中支撑骨架变形时钢丝线与活动杆的拉伸状态示意图。
28.其中：移动车体1、电池11、磁吸式充电接口12、激光雷达21、摄像头22、信号处理芯片31、显示控制面板32、转轴控制装置4、主轴41、夹持部42、拾球滚筒5、第一滚筒轮51、第二滚筒轮52、弹性卡件53、支撑杆54、连接杆55、动力轮61、辅助轮62、车轮驱动电机63、活动槽道71、上弹簧72、上夹持箍73、下弹簧74、下夹持箍75、安装通口76、球体8、线盘91、线盘控制电机92、活动铰链93、钢丝线94、套筒95、弹簧96、活动杆97。
具体实施方式
29.下面将结合示意图对本发明的智能拾球车进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
30.在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”，“横向”、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。
31.此外，如有术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”特征可以明示或者隐含包括一个或者多个该特征，在本发明描述中，“至少”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
32.在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
33.如图1至图2所示，本发明提出一种智能拾球车，包括移动车体1和拾取装置，移动车体1上设有视觉系统和驱动控制系统，视觉系统包括激光雷达21和图像采集系统，激光雷达21置于移动车体1的顶端，激光雷达21用于扫描智能拾球车四周的运行环境，实现智能拾球车运行轨迹的设计以及对障碍物的避让；图像采集系统包括摄像头22，摄像头22置于移动车体1的前端，图像采集系统用于扫描移动车体1前端散落的球体8位置，并将球体8的位置转换成二维坐标。
34.驱动控制系统包括信号处理芯片31、车轮驱动装置、供电机构和显示控制面板32，车轮驱动装置控制移动车体1进行移动，激光雷达21、图像采集系统和显示控制面板32均与信号处理芯片31信号连接，车轮驱动装置与信号处理芯片31控制连接，供电机构为视觉系
统和驱动控制系统供电，即激光雷达21、摄像头22、信号处理芯片31、车轮驱动装置和显示控制面板32均与供电机构电连接。
35.拾取装置包括可开合式的转轴控制装置4和拾球滚筒5，拾球滚筒5通过转轴控制装置4旋转固定在移动车体1上，拾球滚筒5随移动车体1的水平移动进行旋转移动。拾球滚筒5作为球体8的拾取装置，本身无驱动力，主要通过车轮驱动装置的带动进行运动，可以完成复杂环境及角落处的球体8的拾取。
36.进一步地，如图1至图3所示，车轮驱动装置包括动力轮61、辅助轮62和控制动力轮61运转的驱动系统，驱动系统包括车轮驱动电机63，动力轮61和辅助轮62均设于移动车体1的底侧，一对动力轮61置于拾球滚筒5的尾端，一对辅助轮62置于拾球滚筒5的两侧，且动力轮61和辅助轮62均以拾球滚筒5的中轴线对称，且辅助轮62置于主轴41的下方。移动车体1通过后方的一对动力轮61差速驱动，即车轮驱动电机63控制动力轮61旋转，通过移动车体1带动辅助轮62同步旋转，进行水平方向的移动，使移动车体1有更好的转弯半径，提高移动车体1移动时的灵活性。
37.进一步地，如图3所示，拾球滚筒5的内部为中空的存储空间，拾球滚筒5的两侧分别为对称设置的第一滚筒轮51和第二滚筒轮52，第一滚筒轮51和第二滚筒轮52之间设有沿边缘周向间隔设置的弹性卡件53，第一滚筒轮51和第二滚筒轮52之间通过中心的支撑杆54连接固定，拾球滚筒5以支撑杆54为轴线旋转。优选地，弹性卡件53为弹性绳索。同时，信号处理芯片31根据摄像头22检测到的球体8，再控制移动至拾取球体8位置后，记录该球被拾取的信息，获得拾球滚筒5内部已存储的球体8数量，在达到预定数值后，可以通知需要更换拾球滚筒5。
38.此外，拾球滚筒5的内部还可以设置单独用于计算内部球体8数量的计算装置，计算装置可以为计数器，计算球体8的单个数量；计算装置也可以是高度测量器，通过测量固定时间内的球体8堆叠的最高高度；计算装置还可以是重量测量器，测量球体8整体的重量，在达到预定数值时，可以知晓需要更换拾球滚筒5了。
39.其中，如图3所示，第一滚筒轮51和第二滚筒轮52均为支撑骨架，架设起拾球滚筒5的整体结构并在内部形成存储空间，且支撑骨架表面呈防护网状，能避免存储空间内的球体8滚出。且第一滚筒轮51和第二滚筒轮52均呈莱罗三角形，便于拾球滚筒5在较适中的摩擦性的情况下进行旋转活动，也可以实现拾球滚筒5的定位存放，即更换下的拾球滚筒5可以稳定的放置在固定的位置，如图5所示，拾球滚筒5呈正三角移动至墙角处时，还能够保证墙角处拾球的死角区减少。市面上的拾球滚筒5常设计为圆柱状的圆形滚筒，在没有外部固定的情况下，球体8会带动圆形滚筒移动，不方便使用。
40.如图6所示，当拾球滚筒5呈倒三角移动至墙角处时，拾球滚筒5无法拾取在墙角处的球体8。此时，如图7至图9所示，通过将拾球滚筒5进行变形，使拾球滚筒5的支撑骨架从到三角状变形成正三角状，即可继续进行球体8的拾取工作。
41.具体的，如图8至图9所示，所述支撑骨架中心设有线盘(91)，所述线盘(91)外侧周向均匀设有六组伸缩变形杆件，相邻所述伸缩变形杆件的端部设有活动铰链(93)，所述线盘(91)通过线盘控制电机(92)控制旋转，旋转的所述线盘(91)带动所述伸缩变形杆件进行伸缩活动，并带动所述活动铰链(93)转动，使所述支撑骨架外侧的边壁活动变形，可以改变拾球滚筒5的整体形状。
42.进一步地，如图7至图9所示，所述伸缩变形杆件包括钢丝线(94)、套筒(95)、弹簧(96)和活动杆(97)，所述钢丝线(94)的一端缠绕在所述线盘(91)上，另一端与所述活动杆(97)相连，所述活动杆(97)的一端置于所述套筒(95)内，另一端通过所述活动铰链(93)与所述连接杆(55)相接，所述活动杆(97)与所述套筒(95)之间设有所述弹簧(96)；相邻所述钢丝线(94)与所述线盘(91)的缠绕方向互相反向，即间隔设置的三根钢丝线(94)作为一组，共六根钢丝线(94)，分成两组，一组顺时针缠绕在线盘(91)上，另一组逆时针缠绕在线盘(91)上。
43.当需要拾球滚筒5变形时，线盘控制电机(92)控制线盘(91)旋转，缠绕在所述线盘(91)上的钢丝线(94)顺着线盘控制电机(92)旋转方向进行缠绕，实现一组钢丝线(94)呈收紧状，另一组钢丝线(94)呈放松状。收紧的钢丝线(94)将活动杆(97)向套筒(95)内拉扯，带动相连的连接杆(55)向内侧方向活动，且弹簧(96)保证了活动杆(97)移动时的平稳性；放松的钢丝线(94)方便活动杆(97)活动，弹簧(96)的弹性恢复力推动活动杆(97)向套筒(95)外移动，带动相连的连接杆(55)向外侧方向活动。同时，活动铰链93随各个伸缩变形杆件的伸缩动作进行相应的转动，使拾球滚筒5两侧的支撑骨架进行平稳变换。其中，弹簧(94)的设置保证了支撑骨架整个形变动作的平稳性，也使拾球滚筒5的整个具有一定的弹性。
44.同时，如图3所示，存储空间内用于存储球体8，为了便于球体8的拾取，球体8的直径大于常态下相邻弹性卡件53之间的平行间距，且球体8的直径小于等于形变下相邻弹性卡件53之间的最大间距。
45.进一步地，如图1至图2所示，转轴控制装置4包括主轴41、滚动轴承和夹持部42，主轴41的顶端固定在移动车体1上，主轴41的底端设有夹持部42。具体地，如图4所示，夹持部42的内侧为纵向设置的活动槽道71，活动槽道71内的顶侧通过上弹簧72连接设有上夹持箍73，底侧通过下弹簧74连接设有下夹持箍75，且夹持部42的侧边设有一与活动槽道71通连的安装通口76，支撑杆54的端部设有滚动轴承，上夹持箍73和下夹持箍75配合夹卡在滚动轴承上。滚动轴承可以减少在拾球滚筒5运动过程中支撑杆54与主轴41之间的摩擦力，提高移动车体1的移动效率。滚动轴承在上弹簧72和下弹簧74的限制下仅在活动槽道71内上下移动，达到减震固定的效果。具体地，上夹持箍73具有开口向下的半圆环，下夹持箍75具有开口向上的半圆环，上夹持箍73和下夹持箍75的半圆环内均设有电磁铁，信号处理芯片31与电磁铁电连接，在信号处理芯片31的控制下电磁铁直流通电后，通过磁力吸合，上夹持箍73和下夹持箍75配合对接的紧紧吸附在支撑杆54的滚动轴承上，使支撑杆54随移动车体1的水平移动在活动槽道71内上下移动。
46.同时，如图1和图3所示，由于本技术中的拾球滚筒5为侧面呈圆角三角形的三角滚筒，其作为转轴的支撑杆54会随着三角滚筒向前运动而上下移动，保持了移动车体1的稳固性，普通的固定装置难以实现对滚筒结构的控制，以及实现智能拾球车的拾球滚筒5的自动装卸。实施例中可开合式的转轴控制装置4缓解了拾球滚筒5上下移动对智能拾球车运动的干扰，以及实现对球体8的自动装卸。移动车体1呈l型，一边水平横置在拾球滚筒5顶侧，一边垂直竖立在拾球滚筒5后方侧，当上夹持箍73和下夹持箍75松开时，车轮驱动装置控制移动车体1移动，使支撑杆54移出活动槽道71，移动车体1与拾球滚筒5分离，方便移动车体1移至更换后的拾球滚筒5处，再将上夹持箍73和下夹持箍75箍紧，实现不同尺寸的拾球滚筒5的更换，用于拾取不同型号的球体，如乒乓球、网球、桌球、高尔夫球等。
47.此外，智能拾球车的拾取装置和车轮驱动装置均可拆卸的安装在移动车体1上，在应对不同尺寸的球类可以更换不同尺寸的拾球滚筒5，以及更换不同的车轮驱动装置与之配合，使智能拾球车能更好的适应各种工作环境，应用于各种场所。
48.进一步地，如图1所示，供电机构包括电池11和充电系统，电池11设于移动车体1的顶侧，方便拆卸更换。
49.此外，智能拾球车还包括收容充电装置，收容充电装置包括充电接头、收容槽和置换槽，移动车体1的前端设有磁吸式充电接口12，磁吸式充电接口12通过充电系统与电池11电连接，磁吸式充电接口12与充电接头配合相接，收容槽用于存放由转轴控制装置4拆卸换下满载的拾球滚筒5，置换槽用于存放便于转轴控制装置4夹持装上空置的拾球滚筒5。
50.具体操作情况如下：
51.移动车体1上的摄像头22采集图像传至信号处理芯片31对球体8进行识别和计数，并控制车轮驱动装置运动至球体8的对应位置处，通过拾球滚筒5完成对球体8的拾取，显示控制面板32可以显示智能拾球车的剩余电量和控制拾取工作的运行/停止，在运行过程中slam激光雷达21可以扫描周侧的工作环境，实现智能拾球车的路径规划和障碍躲避。当信号处理芯片31计算拾球滚筒5内球体8的数量，当拾球滚筒5内球体8达到一定数量后，需要控制智能拾球车回到规定位置自行更换拾球滚筒5。
52.当智能拾球车运行在工作场地内，根据智能拾球车的摄像头22和slam激光雷达21得到的数据，智能拾球车自动规划路径，智能拾球车的后轮为动力轮61，通过动力轮61带动前面拾球滚筒5运动，车轮驱动装置操作移动车体1运动到球体8处，当拾球滚筒5压过球体8之后，球体8就落到拾球滚筒8内了，由常理可知，只要球体的球心进入到拾球滚筒5内时，球体8就会落入拾球滚筒5内。
53.当智能拾球车需要更换拾球滚筒5时，信号处理芯片31控制移动车体1运动到收容充电装置的收容槽处，通过电磁铁控制半圆环的开合，即上夹持箍73和下夹持箍75松开对拾球滚筒5上支撑杆54的夹持，支撑杆54可通过安装通口76移出活动槽道71内，换下装满球体8的拾球滚筒5，并控制移动车体1运动到收容充电装置的置换槽处，存放在置换槽内中空的拾球滚筒5，其支撑杆54于安装通口76处移入活动槽道71内，通过电磁铁控制两个半圆环吸合，即上夹持箍73和下夹持箍75夹持在支撑杆54，完成拾球滚筒5的更换流程。
54.综上，在本实施例中，提出的智能拾球车，可开合式的转轴控制装置，将拾取装置和移动车体组合成一个整体，通过转轴控制装置实现智能拾球车的自动装卸功能，提高智能拾球车的灵活性和功能性。通过图像采集系统与驱动控制系统的配合实现主动避障的功能，达到对智能拾球车运行的精准控制。
55.同时，对智能拾球车的拾取装置进行设计，当智能拾球车工作到角落时，能够对各种角落处的球体进行拾取，提高了智能拾球车的工作范围和工作效率；在拥有较大的球体存储空间的基础上减小了智能拾球车的体积，使其最小可拾取并存储与车身同大容量的大量球体。对智能拾球车的各部分进行模块化设计方便，方便对不同尺寸的球类更换不同的滚筒以及不同尺寸的车轮驱动装置。
56.上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍
属于本发明的保护范围之内。