一种基于切线拨弹的竖置摩擦轮云台

1.本实用新型属于机器人技术领域，具体涉及一种基于切线拨弹的竖置摩擦轮云台。


背景技术：

2.目前，普通小弹丸发球机器人使用的横置摩擦轮，具有重心较高，空间利用率低，正面有效面积较大，中心拨弹方式普通，弹链安装位置受限制，供弹装置和发球装置捆绑在一起，对云台pitch轴负载要求过高等问题。


技术实现要素：

3.为了解决上述存在的问题，本实用新型提出：一种基于切线拨弹的竖置摩擦轮云台，包括底盘、云台、自适应轮组，云台通过3d打印云台连接件与底盘相连，底盘通过上延伸板、上延伸侧板支撑云台，在3d打印云台连接件的一侧设置用于安装妙算的孔位，秒算的型号为manifold 2g，在所述秒算的两侧固接两块云台连接板，在云台连接板的前端分别从上至下依次通过铜柱固定设置安装图传模块、中心控制板、工业摄像头、红外线瞄准装置，云台连接板的中部外侧安装第一6020电机，云台连接板的中部内侧与云台连接板的外侧通过中央内部铣件相连，所述第一6020电机通过长直铣件与中央内部铣件相连，长直铣件一端通过限位板与第一6020电机外侧孔位相连，长直铣件的另一端与中央内部铣件相连。
4.本实用新型的有益效果为：解决了云台重心较高的问题，使云台更加灵活，并且通过竖置摩擦轮增加了云台正面有效面积，使云台体积更小，切线拨弹配合竖直摩擦轮也减小了云台pitch轴负载，减小了对云台6020电机的损耗。
附图说明
5.图1为本实用新型的主视图；
6.图2为本实用新型的右视图；
7.图3为本实用新型的俯视图；
8.图4为本实用新型的拨弹装置的枪管剖面视图；
9.图5为本实用新型的云台pitch轴俯仰的局部示意图；
10.图6为本实用新型摩擦轮的结构示意图。
11.图7为本实用新型的立体结构示意图；
12.图8为本实用新型整体的侧视图；
13.图9为本实用新型整体的仰视图；
14.图10为本实用新型的轮组结构示意图；
15.图11为本实用新型的轮组的局部示意图；
16.图12为本实用新型的拨弹装置的结构示意图；
17.图13为本实用新型拨弹装置的后视图；
18.图14为本实用新型弹仓的结构示意图；
19.图15为本实用新型云台yaw轴360度旋转的局部示意图；
20.图16为本实用新型云台yaw轴360度旋转的局部结构图。
21.其中，附图标记为：25、3d打印云台连接件，72、上延伸板，44、摩擦轮，15、弹链，2、铜柱，73、隔断支撑板，21、第一6020电机，49、3508无减速箱电机，45、摩擦轮载板，74、上延伸侧板，29、红外线瞄准装置，24、枪管，27、2006直流无刷减速电机，75、弹仓，16、云台连接板，20、图传模块，19、主控防护板，18、中心控制板，171、舵机安装件，17、伺服电机，43、弹舱盖板，40、成品连接件，46、限位板，47、长直铣件，48、中央内部铣件。
具体实施方式
22.实施例1
23.一种基于切线拨弹的竖置摩擦轮云台，如图1-6所示，包括底盘、云台、自适应轮组，云台通过3d打印云台连接件25与底盘相连，在3d打印云台连接件25的一侧设置用于安装妙算的孔位，秒算的型号为manifold 2g，在所述秒算的两侧固接两块云台连接板16，在云台连接板16的前端分别从上至下依次通过铜柱22固定设置安装图传模块20、中心控制板18、工业摄像头、红外线瞄准装置29，云台连接板16的中部外侧安装第一6020电机21，云台连接板16的中部内侧与云台连接板16的外侧通过中央内部铣件48相连，所述第一6020电机21通过长直铣件47与中央内部铣件48相连，长直铣件47一端通过限位板46与第一6020电机21外侧孔位相连，长直铣件47的另一端与中央内部铣件48相连。
24.其中，所述底盘包括短铝方2和长铝方8，短铝方2通过短铝方连接件1、铝方直角连接板5与长铝方8相连。
25.其中，底盘铝架内部转角处固接有四个自适应轮组。
26.其中，自适应轮组固定在底盘内部的短铝方2上。
27.其中，在底盘铝架的四个方向分别安装两块支撑板10和一块顶部盖板13，在所述顶部盖板13上设置tb47电池9，在车体的前、后方上的支撑板10上分别设置灯条模块14和机器人判定系统12。
28.其中，在车体两侧的顶部盖板13下设置防护板7。
29.其中，所述中心控制板18上设置隔断支撑板73，隔断支撑板73上设置主控防护板19。
30.其中，所述云台连接板16上设置摩擦轮载板45，摩擦轮载板45上设置两个摩擦轮44，所述云台连接板16上设置两个3508无减速箱电机49，两个3508无减速箱电机49分别与两个摩擦轮44相连。
31.其中，还包括弹仓75，伺服电机17安装在舵机安装件171上与弹仓盖板43相连形成封闭的弹仓75，弹仓75通过成品连接件40与云台连接板16相连，所述弹仓限制板42上设置舵机固定件41，舵机固定件41与2006直流无刷减速电机27相连。
32.其中，如图6所示，摩擦轮载板45上设置两个摩擦轮44，两个3508无减速箱电机49分别与两个摩擦轮44相连，
33.并且子弹通过两个摩擦轮44的中间，两个3508无减速箱电机49分别驱动两个摩擦轮44，两个摩擦轮44起到加速子弹快速旋转的作用，可以加快经过的弹丸发射速度。
34.本实用新型解决了云台重心较高的问题，使云台更加灵活，并且通过竖置摩擦轮增加了云台正面有效面积，使云台体积更小，切线拨弹配合竖直摩擦轮也减小了云台pitch轴负载，减小了对云台6020电机的损耗。
35.如图5所示，云台连接板16的中部内侧与云台连接板16的外侧通过中央内部铣件48相连，所述第一6020电机21通过长直铣件47与中央内部铣件48相连，长直铣件47一端通过限位板46与第一6020电机21外侧孔位相连，长直铣件47的另一端与中央内部铣件48相连；
36.第一6020电机21驱动中央内部铣件48使云台pitch轴俯仰更换角度。
37.云台功能如下：
38.1、通过第一6020电机21控制长直铣件47运转来使pitch轴俯仰更换角度；
39.2、电机驱动3d打印云台连接件25从而实现云台yaw轴360度旋转。
40.3、拨弹仓可以进行拨弹14、2006直流无刷减速电机，15、弹舱，19、中心控制板，20、舵机安装件，21、舵机，22、弹舱盖板
41.4、摄像头以及图传模块、红外线瞄准装置可以传输图像；
42.5、两个摩擦轮旋转增加弹丸发射速度
43.如图4所示，首先是因为拨弹装置的弹丸发出方向与枪管方向是垂直的，想要对接只能设置弯状过道将弹丸方向转变，其次是这张是剖面视图，实际两者之间还有一些碳板遮挡，并不能将弹丸直线从弹舱传到发射机构。
44.实施例2
45.如图7-9所示，包括底盘、云台、自适应轮组、拨弹装置，所述底盘包括短铝方2和长铝方8，短铝方2通过短铝方连接件1、铝方直角连接板5与长铝方8相连，底盘铝架内部转角处固接有四个自适应轮组，自适应轮组通过轮组连接铣件30固定在底盘内部的短铝方2上，在底盘铝架的四个方向分别安装两块支撑板10和一块顶部盖板13，在所述顶部盖板13上设置tb47电池9，在车体的前、后方上的支撑板10上分别设置灯条模块14和机器人判定系统12，在车体两侧的顶部盖板13下设置防护板7，在左右对称的底盘铝架中部固定设置6020安装板37，将第二6020电机210安装在6020安装板37上，并在底盘铝架下方安装场地感知模块38，云台通过3d打印云台连接件25与底盘相连，在3d打印云台连接件25的一侧设置孔位安装妙算26，在所述秒算26的两侧固接两块云台连接板16，在云台连接板16的前端分别从上至下依次通过铜柱22固定设置安装图传模块20、中心控制板18、工业摄像头23、红外线瞄准装置29，在所述云台连接板16的末端通过榫卯结构固定拨弹装置28，云台连接板16的中部外侧安装第一6020电机21，机器人判定系统12为压力传感器，其型号为68cz0001，妙算的型号为manifold 2g；
46.如图5所示，云台连接板16的中部内侧与云台连接板16的外侧通过中央内部铣件48相连，所述第一6020电机21通过长直铣件47与中央内部铣件48相连，长直铣件47一端通过限位板46与第一6020电机21外侧孔位相连，长直铣件47的另一端与中央内部铣件48相连；
47.第一6020电机21驱动中央内部铣件48使云台pitch轴俯仰更换角度。
48.如图15-图16所示，环氧板67包括内圈铣件68与外圈铣件69，第二6020电机210的上方通过底盘连接件71与固定在3d打印云台连接件25上的内圈铣件68相连，内圈铣件68与
外圈铣件69夹住滚动轴承66，外圈铣件69与底盘连接件71固定连接。
49.第二6020电机210驱动3d打印云台连接件25、内圈铣件68、底盘连接件71旋转，从而实现云台yaw轴360度旋转。
50.其中，如图12-图14所示所述拨弹装置28包括拨盘35，拨盘35上设置中心穿孔61，2006直流无刷减速电机27固定在中心穿孔61上，2006直流无刷减速电机27的旋转轴与拨叉34的中心轴63相连，拨叉34上均匀设置若干个弹孔64，拨盘35上固定设置切口限制板36，所述中心穿孔61的四周设置若干个通孔62。
51.其中，拨弹装置28通过成品连接件40与弹仓限制板42相连，所述弹仓限制板42上设置舵机固定件41，伺服电机17安装在固定件41上与弹仓盖板43相连形成封闭的弹仓。
52.子弹存储在弹仓中，伺服电机17驱动弹仓盖板43的开与关，拨盘35上的通孔2的作用是通风散热，2006直流无刷减速电机27驱动拨叉34的中心轴3带动子弹在拨盘35中旋转，当子弹旋转至切口限制板36处，子弹从切口限制板36弹射出来。环形切线拨弹利用切线垂直的原理，解决了弹丸卡弹的问题，拨弹装置安装位置可调节、减小发射机构的整体质量。
53.其中，如图6所示，所述云台连接板16与云台载板65相连，在云台载板65上设置上下两个3508无减速箱电机49、摩擦轮载板45，摩擦轮载板45上设置两个摩擦轮44，两个3508无减速箱电机49分别与两个摩擦轮44相连，切口限制板36通过弹链15与枪管24相连，子弹与两个摩擦轮44活动相连。
54.子弹从切口限制板36弹射出来后，子弹经过弹链15，并且子弹通过两个摩擦轮44的中间，两个3508无减速箱电机49分别驱动两个摩擦轮44，两个摩擦轮44起到加速子弹快速旋转的作用，可以加快经过的弹丸发射速度。
55.其中，如图10-图11所示，所述自适应轮组包括麦克纳姆轮6，麦克纳姆轮6通过麦克纳姆轮外侧安装板3与自制麦轮紧固件39连接锁定3508直流减速无刷电机31的电机轴，所述自制麦轮紧固件39通过铣件连接板32与轮组连接铣件30铰接，麦克纳姆轮6上的自制麦轮紧固件39通过巨型轴承33与电机31相连，所述自制麦轮紧固件39通过避震器11与轮组连接铣件30固定连接。
56.3508直流减速无刷电机31驱动麦克纳姆轮6转动，铣件连接板32、轮组连接铣件30、自制麦轮紧固件39之间的配合实现避震器11减震的作用。本实用新型通过自制麦轮紧固件39与3508直流减速无刷电机31连接，通过自制麦轮紧固件39能够保证了麦克纳姆轮与3508直流减速无刷电机31稳固相连，最大限度地发挥出了电机的作用，而且自制麦轮紧固件成本较低，也相应地减少了制造的成本。
57.其中，所述底盘四角处的铝方直角连接板5上设置防撞轮4。防撞轮4起到防止由于撞击毁坏车体的作用。
58.其中，所述中心控制板18上设置主控防护板19。主控防护板19起到防护中心控制板18的作用。
59.本实用新型能够实现的功能如下：
60.1、云台pitch轴俯仰更换角度；
61.2、云台yaw轴360度旋转；
62.3、拨弹仓可以进行拨弹；
63.4、摄像头以及图传可以传输图像；
64.5、两个摩擦轮增加弹丸发射速度；
65.6、云台可以视觉识别跟随物体移动；
66.7、底盘可以通过轮组全向移动；
67.8、底盘云台可以锁定转动；
68.9、底盘自旋过程中云台角度可以固定。
69.实施例3
70.本实用新型基于计算机视觉技术，通过单目工业相机，解决机器人在面对高速移动的目标识别锁定问题，并对目标进行运动追踪和运动预测。
71.具体的技术方案：
72.1.对采集的图片先进行roi处理。根据上一帧预置的一个矩形范围进行合理的缩放来对图片进行roi的截取。之后根据不同的颜色进行不同的hsv阈值处理，并且进行(5,5)的卷积对图像进行闭运算操作，完成二值化处理。
73.2.对初步处理的图片进行轮廓的提取，对所有的轮廓迭代进行初步的筛选，筛掉长宽比小的矩形，并且让这些矩形进入疑似圆心矩形动态数组，之后筛掉面积过小的矩形，去掉二值化区域中的小噪点。
74.3.对上一步得到的疑似圆心矩形迭代，根据面积、长宽比和svm进行筛选，但根据实际效果来说，svm效果并不是非常理想，因此在根据svm筛选之前再让所有满足形态学的矩形进入动态数组，在一轮筛选过后，如果没找到圆心，再对上述矩形进行筛选，选择和上帧圆心矩形形态学符合筛选条件的矩形为圆心矩形。
75.4.对2步骤中筛出来的矩形集再次进行迭代，此时根据嵌套和各种矩形的形态学特征对这些矩形进行分组操作，每一个组是一个结构体，实际上为已打击和待打击的悬臂的集合，每个结构体包括装甲板矩形、悬臂矩形和内嵌数目三个成员，这样的分组操作便于后续处理和维护。分完组后，根据每个结构体中的内嵌数量区分待打击和已打击的悬臂，待打击悬臂内嵌数明显小于已打击的，因此得出了待打击结构体，其中要打击的装甲板即为里面的成员。
76.5.选出识别到的最终矩形后，根据识别到的圆心缩放得到下一帧的有效矩形，并且对最终矩形和圆心坐标进行roi还原。如果当前帧没有识别到圆心，则不断扩大roi面积进行搜索，直到扩大为整张图片。
77.6.在解算过程中，先根据目标矩形中心和圆心连线的角度变化来判断旋转方向，得知旋转方向后求解需要预置的角度。对于旋转目标，首先获取实时角速度，并且对刚开始40帧进行正弦函数拟合，再根据延迟时间求解积分作为预置角度。得出预置角度后对目标矩形的四个点相应的平移并放入pnp解算中进行解算，最终得出数据发送给下位机。
78.7.在下位机接收到数据后，对数据进行处理，并将数据通过pid计算出自身与目标之间的差值，把差值与云台自身的目标角度进行加和，将加和得到的值作为期望值再次通过pid计算得到云台跟随目标所需要转动的角度，最总实现对目标的的跟随。
79.首先运行系统，对工业相机进行初始化，通过相机的sdk设置曝光度、图像分辨率、图像格式、图像通道等。
80.通过c thread库创建线程，共创建三个线程：处理线程对图像进行处理，通信线程负责上位机与下位机进行通信交互，主线程是系统的核心运行过程。
81.在主线程通过相机的内参和外参对相机进行标定，采集图像传输到处理线程。在处理线程先对图像进行预处理，为检测红/蓝灯条，需要进行颜色提取。使用通道相减法对目标进行颜色提取，其原理是在低曝光3000～5000情况下，蓝色灯条区域的b通道值要远高于r通道值，使用b通道减去r通道再二值化，能提取出蓝色灯条区域，反之亦然。对颜色提取二值图进行形态学处理，用于图像降噪及灯条区域的闭合。
82.通过判断两个灯条之间的位置信息：角度差大小、错位角大小、灯条长度差比率和x,y方向投影差比率，从而分辨是否为合适的目标，然后将所有判断为合适的装甲板放入预选目标数组向量中。同时，为了消除“游离灯条”导致的错误目标，通过检测编写函数，专门用于检测并删除错误目标。
83.对上述各项目标信息进行加权求和，从而获取最佳打击装甲板作为最终的目标装。
84.角度解算：首先标定工业相机，得到相机的内参矩阵和畸变参数。之后测量物体的尺寸，得到物体在世界坐标系中的坐标。通过pnp算法求得yaw轴、pitch轴以及距离的数值
85.目标预测：将预判打击视为一个运动学问题，需要一个参考系。但相机坐标系随着相机运动而运动，在跟随目标时坐标系也发生了变化，在相机坐标系下预判难度较大。因此引入陀螺仪坐标系的概念。陀螺仪是个姿态传感器，它一般固定在云台上某个远离振动源的位置。陀螺仪的作用就是反馈当前云台的角度数据yaw轴、pitch轴、roll轴角度以yaw轴为例，yaw轴角度有一个零点，在忽略陀螺仪零漂的情况下，这个零点是相对固定不会改变的。这个零点可以类比为指南针的南极，无论如何移动它始终指向一个方向实际上陀螺仪的yaw轴数据通过磁力计获得的。如此一来就有了参考——无论云台处于何种姿态，只需要将相机坐标系依照yaw轴与pitch轴的角度数据进行反向旋转，都可以得到同一个坐标系，这个坐标系就是陀螺仪坐标系。既然可以进行坐标系的变换，坐标变换就易如反掌，可以通过目标在相机坐标系下的坐标获得目标在陀螺仪坐标系下的坐标。陀螺仪坐标系的原点跟随自身机器人运动，此时视原点静止，将自身机器人的运动与目标的运动叠加在一起，即可构建物理模型进行预判打击。
86.数据处理：在预判打击的过程中肯定要进行数据处理来对抗数据误差。在获得陀螺仪坐标系下的坐标后，先进行一波简单的数据剔除与插值。即剔除明显错误的数据并用上一次正确的数据做插值。在完成初步处理后，对数据进行卡尔曼滤波，保证数据平滑正确。然后再进行目标运动状态的计算，这样可以保证云台预判的流畅性。
87.在使用工业相机640*480图像分辨率下，装甲板识别帧率可达200fps左右，引入roi之后可达280fps，数字识别准确率可达98％。使用标定板测试，5m内角度解算计算的距离误差在6％以内，角度误差在5％以内。
88.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。