一種籃球?qū)崟r(shí)跟蹤回收裝置與工作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及機(jī)器設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特指一種籃球?qū)崟r(shí)跟蹤回收裝置與工作方法，包括車體，車體頂部設(shè)有載物臺，車體底部設(shè)有若干滾輪，車體上設(shè)有控制模塊、超聲波傳感器模塊、紅外避障模塊、驅(qū)動模塊、顯示模塊、圖像采集處理模塊、電源模塊，超聲波傳感器模塊、紅外避障模塊、驅(qū)動模塊、顯示模塊、圖像采集處理模塊、電源模塊分別電連接于控制模塊。通過圖像處理、超聲波定位、路徑預(yù)算法、紅外避障以及智能控制等技術(shù)實(shí)現(xiàn)在投籃練習(xí)中對籃球的實(shí)時(shí)跟蹤與回收，能夠根據(jù)籃球短期內(nèi)的運(yùn)動路徑進(jìn)行預(yù)測和規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)最短路程內(nèi)達(dá)到回收效果，在籃球未落地之前進(jìn)行回收，并根據(jù)設(shè)定將回收到的籃球放置歸位，可以方便投籃練習(xí)，大大節(jié)省訓(xùn)練時(shí)間。
【專利說明】
一種籃球?qū)崟r(shí)跟蹤回收裝置與工作方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)器設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特指一種籃球?qū)崟r(shí)跟蹤回收裝置與工作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能機(jī)器人已經(jīng)應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，如工業(yè)、農(nóng)業(yè)、運(yùn)動及高危領(lǐng)域等，其中，在運(yùn)動領(lǐng)域里，尤其是在籃球的投籃練習(xí)中，為了節(jié)省訓(xùn)練時(shí)間，運(yùn)動場上會放很多籃球，但是，球的數(shù)量畢竟有限，球被使用后又會散落在運(yùn)動場的各個(gè)角落，需要花費(fèi)很多時(shí)間對球?qū)嵤┗厥?，這不僅浪費(fèi)了大量體力，而且在一定程度上還浪費(fèi)了大量的訓(xùn)練時(shí)間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對以上問題，本發(fā)明提供了一種籃球?qū)崟r(shí)跟蹤回收裝置與工作方法，其通過圖像處理、超聲波定位、路徑預(yù)算法、紅外避障以及智能控制等技術(shù)實(shí)現(xiàn)在投籃練習(xí)中對籃球的實(shí)時(shí)跟蹤與回收，能夠根據(jù)籃球短期內(nèi)的運(yùn)動路徑進(jìn)行預(yù)測和規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)最短路程內(nèi)達(dá)到回收效果，在籃球未落地之前進(jìn)行回收，并根據(jù)設(shè)定將回收到的籃球放置歸位，可以方便投籃練習(xí)，大大節(jié)省訓(xùn)練時(shí)間。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0005]—種籃球?qū)崟r(shí)跟蹤回收裝置，包括車體，車體頂部設(shè)有載物臺，車體底部設(shè)有若干滾輪，車體上設(shè)有控制模塊、超聲波傳感器模塊、紅外避障模塊、驅(qū)動模塊、顯示模塊、圖像采集處理模塊、電源模塊，超聲波傳感器模塊、紅外避障模塊、驅(qū)動模塊、顯示模塊、圖像采集處理模塊、電源模塊分別電連接于控制模塊。
[0006]進(jìn)一步而言，所述載物臺上設(shè)有電子計(jì)重機(jī)構(gòu)，電子計(jì)重機(jī)構(gòu)電連接于控制模塊。
[0007]進(jìn)一步而言，所述超聲波傳感器模塊包括超聲波接收模塊與超聲波發(fā)射模塊，超聲波接收模塊與超聲波發(fā)射模塊對應(yīng)連接。
[0008]進(jìn)一步而言，所述驅(qū)動模塊采用直流電機(jī)驅(qū)動。
[0009]進(jìn)一步而言，所述顯示模塊采用顯示屏顯示。
[0010]進(jìn)一步而言，所述圖像采集處理模塊采用多個(gè)攝像頭進(jìn)行圖像采集。
[0011 ]進(jìn)一步而言，所述電源模塊采用鋰離子電池或蓄電池供電。
[0012]進(jìn)一步而言，所述滾輪包括設(shè)于車體前端的兩個(gè)主動輪與設(shè)于車體尾端的兩從動輪或采用若干單球輪。
[0013]—種籃球?qū)崟r(shí)跟蹤回收裝置的工作方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0014]步驟一，預(yù)先設(shè)定車體的載物臺的載重量及起始的位置，預(yù)先輸入籃球?qū)Ρ葓D像至控制模塊的處理器內(nèi)，并存檔；
[0015]步驟二，根據(jù)圖像采集處理模塊鎖定并跟蹤使用者投籃后的籃球；
[0016]步驟三，利用超聲波接收模塊與超聲波發(fā)射模塊分析與預(yù)測籃球下落路線與位置，并制定車體行駛路徑；
[0017]步驟四，控制模塊控制驅(qū)動模塊驅(qū)動車體按制定路徑行駛；
[0018]步驟五，根據(jù)路徑實(shí)時(shí)位置變化，通過紅外避障模塊避開路障，并實(shí)時(shí)修正車體行駛路徑；
[0019]步驟六，準(zhǔn)確回收籃球至載物臺上；
[0020]步驟七，當(dāng)回收的籃球達(dá)到預(yù)設(shè)載重量時(shí)返回起始位置。
[0021]本發(fā)明有益效果:
[0022]1.本發(fā)明能夠根據(jù)圖像采集處理模塊對運(yùn)動中的籃球進(jìn)行鎖定與跟蹤，從而實(shí)現(xiàn)在籃球落地之前的回收工作，而不是人工撿球或是等籃球落地后再進(jìn)行回收，大大節(jié)省了時(shí)間，提尚了訓(xùn)練效率；
[0023]2.本發(fā)明同時(shí)具有追蹤載重的功能，并且能夠在超載之后將籃球自動放回原位，供訓(xùn)練員繼續(xù)使用；
[0024]3.本發(fā)明采用多攝像頭跟蹤，能夠?qū)崿F(xiàn)對籃球的全方位跟蹤；
[0025]4.本發(fā)明可以通過對籃球短時(shí)間內(nèi)的運(yùn)動軌跡進(jìn)行分析，通過實(shí)時(shí)路徑規(guī)劃實(shí)現(xiàn)在最短的運(yùn)動路程內(nèi)達(dá)到回收效果。
【附圖說明】
[0026]圖1是本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)平面圖。
[0027]1.超聲波接收模塊;2.超聲波發(fā)射模塊;3.紅外避障模塊;4.驅(qū)動模塊;5.顯示模塊;6.圖像采集處理模塊;7.電源模塊;8.電子計(jì)重機(jī)構(gòu)；10.控制模塊;20.車體;21.載物臺；22.滾輪ο
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行說明。
[0029]如圖1所示，本發(fā)明所述一種籃球?qū)崟r(shí)跟蹤回收裝置，包括車體20，車體20頂部設(shè)有載物臺21，車體20底部設(shè)有若干滾輪22，車體20上設(shè)有控制模塊10、超聲波傳感器模塊、紅外避障模塊3、驅(qū)動模塊4、顯示模塊5、圖像采集處理模塊6、電源模塊7，超聲波傳感器模塊、紅外避障模塊3、驅(qū)動模塊4、顯示模塊5、圖像采集處理模塊6、電源模塊7分別電連接于控制模塊10。以上所述構(gòu)成本發(fā)明基本結(jié)構(gòu)。
[0030]本發(fā)明采用這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)置，載物臺21的作用在于承載回收后的籃球;滾輪22的作用在于方便車體20行走;控制模塊10為控制中心，用于將采集到的圖像與預(yù)置籃球圖片進(jìn)行對比，判斷其是否為籃球，同進(jìn)還需要處理超聲波傳感器發(fā)射和接收到的數(shù)據(jù)并根據(jù)一段時(shí)間內(nèi)的處理結(jié)算，實(shí)時(shí)對籃球的運(yùn)動路徑進(jìn)行規(guī)劃和預(yù)測，從而實(shí)現(xiàn)在最短的運(yùn)動路程內(nèi)達(dá)到加收效果，整個(gè)裝置的平衡以及距離等控制全部通過該模塊實(shí)現(xiàn)，較高的處理器速度有助于減少程序延時(shí)，提高測距精度以及圖像處理速度，本發(fā)明優(yōu)選采用STM32系列的處理器即可滿足要求;超聲波傳感器模塊的作用在于測量目標(biāo)與裝置之間的距離，進(jìn)行定位;紅外避障模塊3的作用在于車體20行駛過程中可避開路障，在車體10運(yùn)動過程中，紅外發(fā)射器發(fā)射出一定頻率的紅外線，利用物體的反射性質(zhì)，在一定范圍內(nèi)，如果沒有障礙物，發(fā)射出去的紅外線，因?yàn)閭鞑ゾ嚯x越遠(yuǎn)而逐漸減弱，最后消失，如果有障礙物，紅外線遇到障礙物，被反射到達(dá)傳感器接收頭，傳感器檢測到這一信號，就可以確認(rèn)前方有障礙物，并傳給控制器，控制器進(jìn)行一系列的處理分析，完成躲避障礙物動作，保證系統(tǒng)的安全性，提高了系統(tǒng)的可靠性;驅(qū)動模塊4的作用在于驅(qū)動車體20行走;顯示模塊5的作用在于能夠?qū)崟r(shí)顯示并記錄圖像采集結(jié)果以及超聲波傳感器和電機(jī)電壓的數(shù)據(jù)等，便于出現(xiàn)故障時(shí)可以方便排除；圖像采集處理模塊6的作用在于通過圖像采集并將采集到的圖像進(jìn)行降噪還原等優(yōu)化處理，便于控制模塊10對跟蹤目標(biāo)的判斷；電源模塊7的作用在于給車體20供電。
[0031]更具體而言，所述載物臺21上設(shè)有電子計(jì)重機(jī)構(gòu)8，電子計(jì)重機(jī)構(gòu)8電連接于控制模塊10。其作用在于控制模塊10會根據(jù)電子計(jì)重機(jī)構(gòu)8的數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)數(shù)值進(jìn)行對比，當(dāng)重量超過預(yù)設(shè)重量時(shí)會自動退回指定位置，進(jìn)行籃球放置。
[0032]更具體而言，所述超聲波傳感器模塊包括超聲波接收模塊I與超聲波發(fā)射模塊2，超聲波接收模塊I與超聲波發(fā)射模塊2對應(yīng)連接。通過不同傳感器之間接收到的超聲波的時(shí)間差計(jì)算目標(biāo)與裝置之間的距離，然后根據(jù)超聲定位算法，確定籃球的具體位置，為籃球運(yùn)動路徑的規(guī)劃提供依據(jù)。本發(fā)明優(yōu)選的使用四個(gè)超聲波接收裝置與超聲波發(fā)射裝置同步工作，其工作原理:其中，超聲波接收器放置的位置稱作信標(biāo)結(jié)點(diǎn)，被測籃球的位置稱作待測結(jié)點(diǎn)，超聲波定位需要先對目標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行距離測量，即在超聲波發(fā)射器發(fā)射超聲波時(shí)會同時(shí)啟動四個(gè)超聲波接收器的計(jì)時(shí)器，在超聲波接收器接收到超聲波信號后停止計(jì)時(shí)，得到超聲波信號由待測結(jié)點(diǎn)到信標(biāo)結(jié)點(diǎn)傳輸?shù)臅r(shí)間，再根據(jù)超聲波測距原理計(jì)算得到待測結(jié)點(diǎn)到各信標(biāo)結(jié)點(diǎn)的距離，當(dāng)同時(shí)有三個(gè)或以上不在同一條直線上信標(biāo)結(jié)點(diǎn)作出回應(yīng)時(shí)，根據(jù)相關(guān)的定位算法就可以實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的具體位置的定位。超聲波定位技術(shù)是一種基于測距的定位技術(shù)，在超聲波定位系統(tǒng)中常用的定位算法有三邊測量算法、三角測量算法和極大似然估計(jì)算法，根據(jù)實(shí)際問題，本發(fā)明采用三邊測量算法，它具有更高的定位精度，能夠?qū)崿F(xiàn)更好的定位。
[0033]更具體而言，所述驅(qū)動模塊4采用直流電機(jī)驅(qū)動?？杀阌趯?shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速，并能夠通過自身重量控制驅(qū)動電壓，保證車速穩(wěn)定，本發(fā)明采用的行走包括前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎等，并且全面采用智能控制，能夠保證跟隨效果優(yōu)良。本發(fā)明優(yōu)選采用單極式PWM調(diào)速技術(shù)實(shí)現(xiàn)對車體20的調(diào)速，車體PWM的形成是根據(jù)圖像以及超聲波定位以后的具體處理結(jié)果經(jīng)過STM32主控芯片產(chǎn)生，從而實(shí)現(xiàn)對車體20運(yùn)動情況的準(zhǔn)確控制。
[0034]更具體而言，所述顯示模塊5采用顯示屏顯示。能夠?qū)崟r(shí)顯示并記錄圖像采集結(jié)果以及超聲波傳感器和電機(jī)電壓的數(shù)據(jù)等，便于出現(xiàn)故障時(shí)可以方便排除。
[0035]更具體而言，所述圖像采集處理模塊6采用多個(gè)攝像頭進(jìn)行圖像采集。便于實(shí)現(xiàn)對籃球的全方位跟蹤，并將采集到的圖像進(jìn)行降噪還原等優(yōu)先處理，便于控制模塊10對跟蹤目標(biāo)的判斷。
[0036]更具體而言，所述電源模塊7采用鋰離子電池或蓄電池供電?？赏ㄟ^充電循環(huán)使用。
[0037]更具體而言，所述滾輪22包括設(shè)于車體20前端的兩個(gè)主動輪與設(shè)于車體20尾端的兩從動輪或采用若干單球輪。
[0038]本發(fā)明所述一種籃球?qū)崟r(shí)跟蹤回收裝置的工作方法，包括以下步驟:
[0039]步驟一，預(yù)先設(shè)定車體20的載物臺21的載重量及起始的位置，預(yù)先輸入籃球?qū)Ρ葓D像至控制模塊10的處理器內(nèi)，并存檔；
[0040]步驟二，根據(jù)圖像采集處理模塊6鎖定并跟蹤使用者投籃后的籃球；
[0041]步驟三，利用超聲波接收模塊I與超聲波發(fā)射模塊2分析與預(yù)測籃球下落路線與位置，并制定車體20行駛路徑；
[0042]步驟四，控制模塊10控制驅(qū)動模塊4驅(qū)動車體20按制定路徑行駛；
[0043]步驟五，根據(jù)路徑實(shí)時(shí)位置變化，通過紅外避障模塊3避開路障，并實(shí)時(shí)修正車體20行駛路徑；
[0044]步驟六，準(zhǔn)確回收籃球至載物臺21上；
[0045]步驟七，當(dāng)回收的籃球達(dá)到預(yù)設(shè)載重量時(shí)返回起始位置。
[0046]上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的【具體實(shí)施方式】，上述的【具體實(shí)施方式】僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種籃球?qū)崟r(shí)跟蹤回收裝置，包括車體(20)，其特征在于:所述車體(20)頂部設(shè)有載物臺(21)，所述車體(20)底部設(shè)有若干滾輪(22)，所述車體(20)上設(shè)有控制模塊(10)、超聲波傳感器模塊、紅外避障模塊(3)、驅(qū)動模塊(4)、顯示模塊(5)、圖像采集處理模塊(6)、電源模塊(7)，所述超聲波傳感器模塊、紅外避障模塊(3)、驅(qū)動模塊(4)、顯示模塊(5)、圖像采集處理模塊(6)、電源模塊(7)分別電連接于控制模塊(10)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種籃球?qū)崟r(shí)跟蹤回收裝置，其特征在于:所述載物臺(21)上設(shè)有電子計(jì)重機(jī)構(gòu)(8)，所述電子計(jì)重機(jī)構(gòu)(8)電連接于控制模塊(10)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種籃球?qū)崟r(shí)跟蹤回收裝置，其特征在于:所述超聲波傳感器模塊包括超聲波接收模塊(I)與超聲波發(fā)射模塊(2)，所述超聲波接收模塊(I)與超聲波發(fā)射模塊(2)對應(yīng)連接。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種籃球?qū)崟r(shí)跟蹤回收裝置，其特征在于:所述驅(qū)動模塊(4)米用直流電機(jī)驅(qū)動。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種籃球?qū)崟r(shí)跟蹤回收裝置，其特征在于:所述顯示模塊(5)采用顯示屏顯示。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種籃球?qū)崟r(shí)跟蹤回收裝置，其特征在于:所述圖像采集處理模塊(6)采用多個(gè)攝像頭進(jìn)行圖像采集。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種籃球?qū)崟r(shí)跟蹤回收裝置，其特征在于:所述電源模塊(7)采用鋰離子電池或蓄電池供電。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種籃球?qū)崟r(shí)跟蹤回收裝置，其特征在于:所述滾輪(22)包括設(shè)于車體(20)前端的兩個(gè)主動輪與設(shè)于車體(20)尾端的兩從動輪或采用若干單球輪。9.一種籃球?qū)崟r(shí)跟蹤回收裝置的工作方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一，預(yù)先設(shè)定車體(20)的載物臺(21)的載重量及起始的位置，預(yù)先輸入籃球?qū)Ρ葓D像至控制模塊(10)的處理器內(nèi)，并存檔； 步驟二，根據(jù)圖像采集處理模塊(6)鎖定并跟蹤使用者投籃后的籃球； 步驟三，利用超聲波接收模塊(I)與超聲波發(fā)射模塊(2)分析與預(yù)測籃球下落路線與位置，并制定車體(20)行駛路徑； 步驟四，控制模塊(10)控制驅(qū)動模塊(4)驅(qū)動車體(20)按制定路徑行駛； 步驟五，根據(jù)路徑實(shí)時(shí)位置變化，通過紅外避障模塊(3)避開路障，并實(shí)時(shí)修正車體(20)行駛路徑； 步驟六，準(zhǔn)確回收籃球至載物臺(21)上； 步驟七，當(dāng)回收的籃球達(dá)到預(yù)設(shè)載重量時(shí)返回起始位置。
【文檔編號】A63B47/02GK105944343SQ201610538742
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年7月8日
【發(fā)明人】徐小強(qiáng), 孔海洋
【申請人】武漢理工大學(xué)