一種輪式多機械手智能撿球機器人制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種輪式多機械手智能撿球機器人，包括：車廂主體，其底部設(shè)置有輪式底盤，所述車廂主體外圍設(shè)置有防護罩；定位器，其設(shè)置在防護罩頂部，以進行導(dǎo)航定位；距離探測傳感器，其設(shè)置在防護罩四周，包括紅外傳感器和超聲波傳感器，在平面內(nèi)，紅外和超聲波傳感器交錯設(shè)計，并分層布置，用于探測障礙物的距離并避障；攝像頭，設(shè)置在車廂主體上部支架上，以對小球進行識別與定位；機械手，其設(shè)在車廂主體上，以撿拾小球；所述機械手包括兩個前機械手和兩個后機械手，兩個前機械手設(shè)置在車廂主體前端的中部，兩個后機械手設(shè)置在車廂主體后端的兩側(cè)，使四個機械手的撿拾區(qū)域邊界相臨；儲球機構(gòu)。

Wheeled multi robot intelligent ball picking robot

The invention discloses a multi wheeled intelligent ball picking robot manipulator, including carriage main body, are arranged at the bottom of the wheeled chassis, a protective cover is provided with the carriage body periphery; locator, which is arranged in the protective cover for the top navigation; distance detecting sensor, which is arranged in the protective cover around, including infrared sensors and ultrasonic sensors, in the plane, infrared and ultrasonic sensors and staggered design, layered arrangement, and used for obstacle avoidance obstacle detection distance; camera is arranged in the carriage main body on the upper supporting frame, for identification and location of small ball; the manipulator in the car body, to pick up the ball; the manipulator comprises two front and two rear manipulator manipulator, two front manipulator is arranged in the middle of the front end of the main body, two after the manipulator is provided in the car The four sides of the back end of the main body are adjacent to the picking area boundary of the manipulator; the ball storage mechanism is provided.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種輪式多機械手智能撿球機器人
本專利技術(shù)屬于智能機器人
，特別涉及一種多機械手智能撿球機器人。
技術(shù)介紹
撿球機器人作為服務(wù)機器人的一大種類，近五年已成為機器人研究領(lǐng)域的熱點。經(jīng)過國內(nèi)外研究現(xiàn)狀總結(jié)分析可知，目前針對小球類物體撿拾機器人的研究成果比較少，國外研究的單位有西班牙UniversityofMinho、美國MIT、英國UniversityofBradford和荷蘭VrijeUniversity等，國內(nèi)研究單位主要有上海交通大學(xué)、東南大學(xué)、北京郵電大學(xué)、北京理工大學(xué)以及深圳市綠瑞高爾夫科技有限公司、深圳市榮耀高爾夫用品有限公司以及廣州互發(fā)高爾夫用品有限公司等，研制的機器人主要有高爾夫球、網(wǎng)球、乒乓球和羽毛球等撿拾機器人，按照撿拾工作原理不同可分為機械手式、組合式、清掃式、氣吸式、輥輪式、滾筒式和彈簧式等撿拾機器人。經(jīng)過國內(nèi)外研究現(xiàn)狀總結(jié)分析可知，除研制出高爾夫?qū)Ｓ檬涨驒C器人產(chǎn)品外，目前針對小球類物體撿拾機器人的研究成果比較少，大部分仍處于初級研究和嘗試階段，綜合技術(shù)水平和服務(wù)水平偏。針對復(fù)雜多變的非結(jié)構(gòu)化環(huán)境和不確定性作業(yè)任務(wù)條件下的小球類訓(xùn)練場等場所，上述機器人僅僅實現(xiàn)了“依靠虛擬地圖預(yù)測方法，哪里球多，去哪撿”或者“走到哪、撿到哪”的路徑規(guī)劃策略，存在漏撿拾現(xiàn)象；同時缺少對機器人的位置和方向?qū)崟r精確定位技術(shù)的應(yīng)用，撿球機器人全局導(dǎo)航實用性差，還缺少防護、光照調(diào)節(jié)等措施。截至目前，還沒有一種能夠適應(yīng)室內(nèi)外復(fù)雜多障礙非結(jié)構(gòu)化環(huán)境且適用于高爾夫球、乒乓球、羽毛球等訓(xùn)練場小球類物體的撿拾服務(wù)機器人。本專利技術(shù)緊密圍繞智能撿拾服務(wù)機器人領(lǐng)域研究熱點，針對訓(xùn)練場中人工撿拾小球類物體費力、費時、不安全等因素，同時現(xiàn)有專用撿球設(shè)備對復(fù)雜多障礙非結(jié)構(gòu)化環(huán)境(譬如，狹窄偏僻處物體的拾取)適應(yīng)能力差及其綜合技術(shù)水平和服務(wù)水平偏低的現(xiàn)狀，本項目提出一種多機械手智能撿球機器人。訓(xùn)練場地中小球位置和數(shù)量具有不確定性，現(xiàn)有的撿拾機器人視覺識別方法多為顏色識別，即先對圖像進行數(shù)字濾波，再利用由色調(diào)、飽和度、亮度組成的HSV顏色模型，對采集的圖像進行識別。該識別方法簡單且速度快，已經(jīng)在很多領(lǐng)域得到應(yīng)用，但進行訓(xùn)練場球類清理工作時，利用現(xiàn)有的機器視覺識別技術(shù)無法滿足機器人撿球時的需要，主要原因為識別過程中存在諸多干擾，如光線變化、其他非球類物體、場地內(nèi)進行運動的人，因此只依靠單一的顏色識別則無法準(zhǔn)確完成識別任務(wù)。同時當(dāng)多機器人在多球環(huán)境下完成撿球工作時，利用現(xiàn)有的系統(tǒng)和技術(shù)，還需要解決撿球效率和協(xié)同合作問題，因此，多機多手等多智能體協(xié)同作業(yè)規(guī)劃是機械手式撿拾機器人提高工作效率的有效途徑。目前小球類物體撿拾機器人主要依靠視覺導(dǎo)航、紅外線避障和RRT路徑規(guī)劃等方法，能夠?qū)崿F(xiàn)在室內(nèi)或者室外有限區(qū)域的自主導(dǎo)航作業(yè)，只能是一種“走到哪、撿到哪”的路徑規(guī)劃策略，而無法進行撿球路徑的全局規(guī)劃，也無法對機器人進行實時導(dǎo)航定位，對于像高爾夫球訓(xùn)練場等較大環(huán)境的適應(yīng)能力還比較差，同時訓(xùn)練場中小球數(shù)量多，分布無規(guī)律，如果直接采用集中式全局攝像機采集到的圖像進行全局運算方法，則存在計算量大，實時性差，計算誤差大等不足，因此還應(yīng)該對機器人拾球的運動路徑進行合理規(guī)劃，需要考慮多傳感器信息融合的導(dǎo)航技術(shù)，保證導(dǎo)航的實用性，比如適用于室外大范圍的GPS衛(wèi)星定位與機器視覺的自動導(dǎo)航技術(shù)，適用于室內(nèi)或者室外小范圍(100m以內(nèi))的RFID射頻識別與機器視覺定位技術(shù)以及紅外線與超聲波組合的避障技術(shù)等。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是考慮撿球機器人對復(fù)雜多障礙非結(jié)構(gòu)化環(huán)境等訓(xùn)練場所適應(yīng)能力差及其綜合技術(shù)水平和服務(wù)水平偏低的現(xiàn)狀，提供了一種輪式多機械手智能撿球機器人。本專利技術(shù)的另一個目的是克服撿球機器人漏球的缺陷和撿拾效率問題，通過視覺導(dǎo)航、視覺識別與定位和多機械手合理布置，解決上述缺陷。本專利技術(shù)的另一個目的是解決適用于室外大范圍的GPS衛(wèi)星定位與機器視覺的自動導(dǎo)航技術(shù)，適用于室內(nèi)或者室外小范圍(100m以內(nèi))的RFID射頻識別與機器視覺定位技術(shù)以及紅外與超聲波組合的避障技術(shù)等，實現(xiàn)全局自己導(dǎo)航過程。本專利技術(shù)提供的技術(shù)方案為：一種輪式多機械手智能撿球機器人，包括：車廂主體，其底部設(shè)置有輪式底盤，所述車廂主體外圍設(shè)置有防護罩定位器，其設(shè)置在防護罩頂部，以進行導(dǎo)航定位；距離探測傳感器，其設(shè)置在防護罩四周，包括紅外傳感器和超聲波傳感器，在平面內(nèi)，紅外和超聲波傳感器交錯設(shè)計，并分層布置，用于探測障礙物的距離并避障；攝像頭，設(shè)置在車廂主體上部支架上，以對小球進行識別與定位；機械手，其設(shè)在車廂主體上，以撿拾小球；所述機械手包括兩個前機械手和兩個后機械手，兩個前機械手設(shè)置在車廂主體前端的中部，兩個后機械手設(shè)置在車廂主體后端的兩側(cè)，使四個機械手的撿拾區(qū)域邊界相臨；儲球機構(gòu)，其設(shè)置在車廂主體上部，包括球箱，所述球箱下部設(shè)置有滾動滑道，所屬滾動滑道固定在車廂主體下面，球箱底部與滾動滑道相配合，所述球箱由電機驅(qū)動。優(yōu)選的是，所述定位器包括GPS模塊和RFID讀寫器。優(yōu)選的是，在豎直方向，紅外傳感器和超聲波傳感器均設(shè)置有3層，并且在水平和豎直方向紅外傳感器和超聲波傳感器探測區(qū)域相互重疊，形成非接觸式紅外傳感器和超聲波傳感器雙層探測網(wǎng)。優(yōu)選的是，所述防護罩的前端設(shè)有前側(cè)窗口，攝像頭設(shè)置在前側(cè)窗口的后方；所述攝像頭與兩軸驅(qū)動機構(gòu)連接，以帶動攝像頭繞水平軸線和豎直軸線旋轉(zhuǎn)，用于視覺導(dǎo)航和視覺識別與定位。優(yōu)選的是，所述儲球機構(gòu)包括電機，其通過雙剪式聯(lián)軸器與滾珠絲杠副連接，所述滾珠絲杠副的螺母與球箱連接，通過電機旋轉(zhuǎn)帶動球箱前后移動。優(yōu)選的是，所述防護罩上設(shè)置有光源。本專利技術(shù)的有益效果是：本專利技術(shù)提供的輪式多機械手智能撿球機器人，用于在室內(nèi)外復(fù)雜多變的高爾夫球、乒乓球、網(wǎng)球等訓(xùn)練場環(huán)境下?lián)烨蜃鳂I(yè)，具有對小球準(zhǔn)確識別與定位，自主導(dǎo)航與避障，多機械手高效撿拾等功能。該專利技術(shù)將填補國內(nèi)外多機械手撿球服務(wù)機器人空白，對智能撿球服務(wù)機器人發(fā)展具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用前景。附圖說明圖1為本專利技術(shù)所述的輪式多機械手智能撿球機器人總體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本專利技術(shù)所述的距離探測傳感器水平探測區(qū)域示意圖。圖3為本專利技術(shù)所述的距離探測傳感器垂直探測區(qū)域示意圖。圖4為本專利技術(shù)所述的機械手工作區(qū)域示意圖。圖5為本專利技術(shù)所述的儲球機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖對本專利技術(shù)做進一步的詳細說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實施。如圖1所示，本專利技術(shù)提供了一種輪式多機械手智能撿球機器人，包括車廂主體1，在車廂主體1外圍設(shè)置有防護罩19，以對車體進行防護。所述防護罩19頂部設(shè)置有定位器，以進行位置定位。所述定位器包括GPS模塊8和RFID讀寫器7，GPS模塊8進行全局定位；RFID讀寫器7，進行區(qū)域定位，通過GPS模塊8和RFID讀寫器7的配合使用，使定位過程快速、準(zhǔn)確。如圖1、圖2、圖3所示，所述防護罩19的四周設(shè)置有距離探測傳感器，用于進行障礙物的檢測。所述距離探測傳感器包括紅外傳感器15和超聲波傳感器18。超聲波傳感器18主要進行遠距離(10米以內(nèi))障礙物的檢測，紅外傳感器15，主要進行近距離(半米以內(nèi))障礙物檢測。在水平方向，紅外傳感器和超聲波傳感器交錯設(shè)計，在豎直方向分層布置，距離探測傳感器設(shè)置有3層，探測區(qū)域相互重疊，從而實本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種輪式多機械手智能撿球機器人，其特征在于，包括：車廂主體，其底部設(shè)置有輪式底盤，所述車廂主體外圍設(shè)置有防護罩定位器，其設(shè)置在防護罩頂部，以進行導(dǎo)航定位；距離探測傳感器，其設(shè)置在防護罩四周，包括紅外傳感器和超聲波傳感器，在平面內(nèi)，紅外和超聲波傳感器交錯設(shè)計，并分層布置，用于探測障礙物的距離并避障；攝像頭，設(shè)置在車廂主體上部支架上，以對小球進行識別與定位；機械手，其設(shè)在車廂主體上，以撿拾小球；所述機械手包括兩個前機械手和兩個后機械手，兩個前機械手設(shè)置在車廂主體前端的中部，兩個后機械手設(shè)置在車廂主體后端的兩側(cè)，使四個機械手的撿拾區(qū)域邊界相臨；儲球機構(gòu)，其設(shè)置在車廂主體上部，包括球箱，所述球箱下部設(shè)置有滾動滑道，所屬滾動滑道固定在車廂主體下面，球箱底部與滾動滑道相配合，所述球箱由電機驅(qū)動。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種輪式多機械手智能撿球機器人，其特征在于，包括：車廂主體，其底部設(shè)置有輪式底盤，所述車廂主體外圍設(shè)置有防護罩定位器，其設(shè)置在防護罩頂部，以進行導(dǎo)航定位；距離探測傳感器，其設(shè)置在防護罩四周，包括紅外傳感器和超聲波傳感器，在平面內(nèi)，紅外和超聲波傳感器交錯設(shè)計，并分層布置，用于探測障礙物的距離并避障；攝像頭，設(shè)置在車廂主體上部支架上，以對小球進行識別與定位；機械手，其設(shè)在車廂主體上，以撿拾小球；所述機械手包括兩個前機械手和兩個后機械手，兩個前機械手設(shè)置在車廂主體前端的中部，兩個后機械手設(shè)置在車廂主體后端的兩側(cè)，使四個機械手的撿拾區(qū)域邊界相臨；儲球機構(gòu)，其設(shè)置在車廂主體上部，包括球箱，所述球箱下部設(shè)置有滾動滑道，所屬滾動滑道固定在車廂主體下面，球箱底部與滾動滑道相配合，所述球箱由電機驅(qū)動。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪式多機械手智能撿球機器人，其特征在于...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：周海波，楊璐，王收軍，王桂蓮，賈云偉，周旭，于恒彬，張忠黨，李超，張兆強，李濤，王寶慶，
申請(專利權(quán))人：天津理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：天津,12