乒乓球抓取机器人的制作方法

本发明涉及一种乒乓球抓取机器人，属于机器人技术领域。

背景技术：

乒乓球运动员在训练过程中,乒乓球会散落在场地上，捡拾乒乓球耗时耗力，可以利用机器人辅助运动员完成乒乓球的捡拾。现在大多数的捡拾乒乓球类机器人都是将乒乓球收集起来，而非直接传递给运动员，本发明可以直接将捡拾到的乒乓球传递给运动员，更加方便。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提供一种乒乓球抓取机器人，目的在于帮助运动员捡拾乒乓球，辅助运动员训练；同时实现将乒乓球直接传递给运动员的功能。。

为实现上述的技术目的，本发明将采取如下的技术方案：

一种乒乓球抓取机器人，包括底盘、抓取机构、机体和摄像组件，其中：

所述的底盘，能够全方位地自由移动；

所述的机体，安装在底盘的上表面；

所述的摄像组件，安装在机体上；用于获取处于摄像组件视域范围内的待抓取乒乓球所在位置处的影像数据；

所述的抓取机构，通过主舵机可旋转地安装在机体上，包括抓取舵机、机臂以及乒乓球回收装置；

所述的抓取舵机，包括两个，分别为第一舵机、第二舵机；

所述的机臂，包括两根，分别为第一机臂、第二机臂；

所述的乒乓球回收装置包括主回收筒、辅助回收筒；

第一舵机的动力输出端通过第一机臂与主回收筒的侧壁连接，第二舵机的动力输出端则通过第二机臂与辅助回收筒的侧壁连接；

主回收筒紧靠着筒口内凹设置有弧形槽a，弧形槽a的槽口为所述主回收筒的筒口；而辅助回收筒紧靠着筒口内凹设置有弧形槽b，弧形槽b的槽口为所述辅助回收筒的筒口；主回收筒、辅助回收筒的横截面形状均呈优弧弓形设置；

弧形槽a的槽底与主回收筒的筒底之间所形成的安置腔内，安装有负压抽吸装置；弧形槽a的槽底设置有若干通孔a，使得负压抽吸装置的抽吸口能够与弧形槽a之间连通；主回收筒的筒底设置有若干通孔b，使得负压抽吸装置的进风口与外界环境连通；

根据摄像组件反馈的待抓取乒乓球所在位置处的影像数据，抓取机构在主舵机的动力驱动下，能够移动至待抓取乒乓球的所在位置；

主回收筒在第一舵机的动力驱动下，能够移至待抓取乒乓球的一侧，并在负压抽吸装置的负压抽吸作用下，将待抓取乒乓球吸附在弧形槽a内，辅助回收筒在第二舵机的动力驱动下，能够移至待抓取乒乓球的另一侧，且主回收筒的筒口与辅助回收筒的筒口相对设置，并使得待抓取乒乓球能够恰好夹持在弧形槽a与弧形槽b之间。

优选地，所述的抓取机构通过连接板与主舵机的动力输出端连接；

连接板呈y型设置，包括两个分支连接端以及一个合并连接端；两个分支连接端分别为第一分支连接端、第二分支连接端；

优选地，主舵机设置在合并连接端上方，且主舵机的动力输出端通过主舵盘与合并连接端连接；第一舵机设置在第一分支连接端的上方，且第一舵机的动力输出端通过第一舵盘与第一分支连接端连接，第二舵机设置在第二分支连接端的上方，且第二舵机的动力输出端通过第二舵盘与第二分支连接端连接。

优选地，所述的机臂整体呈z形设置，包括横直连接段、竖直连接段以及倾斜连接段；横直连接段的一端与竖直连接段的上端连接，横直连接段的另一端与第一/第二舵机连接；倾斜连接段的一端与竖直连接段的下端连接，倾斜连接段的另一端与主回收筒/辅助回收筒对应连接；横直连接段、竖直连接段之间的夹角为90度，倾斜连接段、竖直连接段之间的夹角为钝角，且横直连接段、倾斜连接段分设在竖直连接段的左右两侧。

优选地，安置腔呈锥状弓形设置，弧形槽a的槽底与主回收筒的筒底相平行，且弧形槽a的槽底尺寸小于主回收筒的筒底尺寸。

优选地，弧形槽a的槽底所布置的通孔a均为条形通孔，并呈排状布置；主回收筒的筒底所布置的通孔b也均为条形通孔，各通孔b排成三排，其中一排为中部排孔，沿着主回收筒筒底的中部位置均匀布置，另外两排则对称布置在中部排孔的两侧。

优选地，所述弧形槽a呈球面弧形设置，所述弧形槽槽口呈优弧弓形设置，且弧形槽槽口相对主回收筒的中轴线倾斜设置，且弧形槽槽口在弓顶位置处的弧形槽槽口与弧形槽a外侧壁面之间的夹角，小于弧形槽槽口在弦边位置处的弧形槽槽口与弧形槽a外侧壁面之间的夹角。

优选地，所述的摄像组件，包括摄像头以及旋转升降臂，摄像头通过旋转升降臂安装在机体上；在旋转升降臂的带动下，摄像头能够沿着所在位置处旋转和/或升降。

优选地，负压抽吸装置包括驱动电机以及与驱动电机的动力输出端连接的叶片；驱动电机的机座固定在安置腔中；叶片在驱动电机的动力驱动下，能够从弧形槽a的槽底通过通孔a抽吸气体，再经主回收筒筒底的通孔b排出，使得待抓取乒乓球能够吸附在弧形槽a的槽底。

优选地，所述的叶片数量有5片并均匀分布，各叶片均呈鸟翼状设置。

优选地，所述底盘包括麦克纳姆轮、底盘框架、电机、底板；其中：

底盘框架呈矩形框状结构，由四根铝方管首尾焊接而围合形成；

底板置于底盘框架内，且底板通过螺纹连接的方式与底盘框架连接成一体；

麦克纳姆轮、电机的数量均为四个，且麦克纳姆轮、电机一一对应设置，每个麦克纳姆轮均通过联轴器与相应的电机的动力输出端连接；

所述的四个麦克纳姆轮，其中两个麦克纳姆轮设置于底盘框架的侧边a的外侧，余下两个麦克纳姆轮设置于底盘框架的侧边b的外侧，且处于侧边a外侧的两个麦克纳姆轮与处于侧边b外侧的两个麦克纳姆轮对称；

各电机均安装在一个电机座上，各电机座均通过螺纹连接的方式固定在底盘框架的角部位置处。

基于上述的技术方案，相对于现有技术，本发明具有如下的有益效果：

1.本发明可以辅助运动员训练，代替运动员捡拾乒乓球，并且传递给运动员。

2.利用负压原理和舵机控制乒乓球回收装置张开角度的方法，可以降低捕获乒乓球的难度，因此可以提高捡球效率。

3.利用舵机控制整个抓取机构的竖直面内运动，可以灵活且较为准确地将乒乓球传递给运动员。

4.利用麦克纳姆轮可以实现提高机器人移动的快速性和灵活性。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是底盘结构的示意图；

图3是抓取结构的示意图；

图4是机体机构的示意图；

图5是摄像组件的示意图；

图6（a）是主回收筒在一个方向上的结构示意图；图6（b）是主回收筒在另一个方向上的结构示意图；

图7是乒乓球回收装置的示意图；

图中标记：1-底盘；10-麦克纳姆轮；11-联轴器；12-电机座；13-电机；14-铝方管；15-底板；2-机体；20-机体主体；21-主舵机；22-主舵盘；23-连接板；3-摄像组件；30-旋转升降臂；31-摄像头；4-抓取机构；40-机臂；41-乒乓球回收装置；410-主回收筒；4100-主回收筒的筒底；4101-叶片；4102-电机；4103-弧形槽a的槽底；411-辅助回收筒；42-抓取舵盘；43-抓取舵机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描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、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。另外，出于方便说明的目的，垂向、横向与纵向为两两垂直的方向，垂向上的两个方向分别为上下方向。

如图1-5、图6a、图6b、图7所示，本发明所述的乒乓球抓取机器人，包括底盘、抓取机构、机体和摄像组件，其中：

所述的底盘，能够全方位地自由移动；包括麦克纳姆轮、底盘框架、电机、底板；其中：底盘框架呈矩形框状结构，由四根铝方管首尾焊接而围合形成；底板置于底盘框架内，且底板通过螺纹连接的方式与底盘框架连接成一体；麦克纳姆轮、电机的数量均为四个，且麦克纳姆轮、电机一一对应设置，每个麦克纳姆轮均通过联轴器与相应的电机的动力输出端连接；所述的四个麦克纳姆轮，其中两个麦克纳姆轮设置于底盘框架的侧边a的外侧，余下两个麦克纳姆轮设置于底盘框架的侧边b的外侧，且处于侧边a外侧的两个麦克纳姆轮与处于侧边b外侧的两个麦克纳姆轮对称；各电机均安装在一个电机座上，各电机座均通过螺纹连接的方式固定在底盘框架的角部位置处。由此可知，本发明中，每一个麦克纳姆轮都由一个电机控制。

所述的机体，包括机体主体、主舵机、主舵盘以及连接板，机体主体安装在底盘的上表面；主舵机固定在机体主体，且动力输出端通过主舵盘与连接板连接，以控制连接板旋转。主舵机可以通过连接板控制整个抓取机构的运动，可以实现抓取机构在竖直面内的旋转运动，以方便将乒乓球传递给运动员。

所述的摄像组件，安装在机体主体上；用于获取处于摄像组件视域范围内的待抓取乒乓球所在位置处的影像数据；包括摄像头以及旋转升降臂，摄像头通过旋转升降臂安装在机体上；在旋转升降臂的带动下，摄像头能够沿着所在位置处旋转和/或升降，从而可以获取周围各个方位的数据。

所述的抓取机构，通过主舵机可旋转地安装在机体上，包括抓取舵机、机臂以及乒乓球回收装置；

所述的抓取舵机，包括两个，分别为第一舵机、第二舵机；所述的机臂，包括两根，分别为第一机臂、第二机臂；所述的乒乓球回收装置包括主回收筒、辅助回收筒；第一舵机的动力输出端通过第一机臂与主回收筒的侧壁连接，第二舵机的动力输出端则通过第二机臂与辅助回收筒的侧壁连接；主回收筒紧靠着筒口内凹设置有弧形槽a，弧形槽a的槽口为所述主回收筒的筒口；而辅助回收筒紧靠着筒口内凹设置有弧形槽b，弧形槽b的槽口为所述辅助回收筒的筒口；主回收筒、辅助回收筒的横截面形状均呈优弧弓形设置；弧形槽a的槽底与主回收筒的筒底之间所形成的安置腔内，安装有负压抽吸装置；弧形槽a的槽底设置有若干通孔a，使得负压抽吸装置的抽吸口能够与弧形槽a之间连通；主回收筒的筒底设置有若干通孔b，使得负压抽吸装置的进风口与外界环境连通；根据摄像组件反馈的待抓取乒乓球所在位置处的影像数据，抓取机构在主舵机的动力驱动下，能够移动至待抓取乒乓球的所在位置；主回收筒在第一舵机的动力驱动下，能够移至待抓取乒乓球的一侧，并在负压抽吸装置的负压抽吸作用下，将待抓取乒乓球吸附在弧形槽a内，辅助回收筒在第二舵机的动力驱动下，能够移至待抓取乒乓球的另一侧，且主回收筒的筒口与辅助回收筒的筒口相对设置，并使得待抓取乒乓球能够恰好夹持在弧形槽a与弧形槽b之间。由此可知，两个抓取舵机分别驱动主回收筒、辅助回收筒，以控制其在水平面内的旋转运动，所以乒乓球回收装置张开的角度可控，运动比较灵活，降低了抓取乒乓球的难度，同时可以在机器人不移动的情况下，扩大乒乓球可抓取的范围。

所述的抓取机构通过连接板与主舵机的动力输出端连接；连接板呈y型设置，包括两个分支连接端以及一个合并连接端；两个分支连接端分别为第一分支连接端、第二分支连接端；主舵机设置在合并连接端上方，且主舵机的动力输出端通过主舵盘与合并连接端连接；第一舵机设置在第一分支连接端的上方，且第一舵机的动力输出端通过第一舵盘与第一分支连接端连接，第二舵机设置在第二分支连接端的上方，且第二舵机的动力输出端通过第二舵盘与第二分支连接端连接。

所述的机臂整体呈z形设置，包括横直连接段、竖直连接段以及倾斜连接段；横直连接段的一端与竖直连接段的上端连接，横直连接段的另一端与第一/第二舵机连接；倾斜连接段的一端与竖直连接段的下端连接，倾斜连接段的另一端与主回收筒/辅助回收筒对应连接；横直连接段、竖直连接段之间的夹角为90度，倾斜连接段、竖直连接段之间的夹角为钝角，且横直连接段、倾斜连接段分设在竖直连接段的左右两侧。机臂与乒乓球回收装置通过热熔胶连接在一起。当机臂处于竖直状态的时候，乒乓球回收装置张开一定角度，运动员在乒乓球回收装置的末端接住乒乓球，乒乓球回收装置张开的速度较慢，以防乒乓球突然掉落。

优选地，安置腔呈锥状弓形设置，弧形槽a的槽底与主回收筒的筒底相平行，且弧形槽a的槽底尺寸小于主回收筒的筒底尺寸。换句话来讲，主回收筒的两侧面积大小不同，主回收筒的筒底面积较大，弧形槽a的槽底的面积较小，根据流量连续性方程可知，吸入进来的空气流速更大，加在乒乓球上的力就会更大，更有利于抓取乒乓球。

另外，主回收筒弧形槽a的槽口和辅助回收筒弧形槽b的槽口的大小是不相等的，辅助回收筒要大一些，且刚好可以盖住主回收筒。同时辅助回收筒的弧形槽b足够深，以确保可以容纳乒乓球。

优选地，弧形槽a的槽底所布置的通孔a均为条形通孔，并呈排状布置；主回收筒的筒底所布置的通孔b也均为条形通孔，各通孔b排成三排，其中一排为中部排孔，沿着主回收筒筒底的中部位置均匀布置，另外两排则对称布置在中部排孔的两侧。

优选地，所述弧形槽a呈球面弧形设置，所述弧形槽槽口呈优弧弓形设置，且弧形槽槽口相对主回收筒的中轴线倾斜设置，且弧形槽槽口在弓顶位置处的弧形槽槽口与弧形槽a外侧壁面之间的夹角，小于弧形槽槽口在弦边位置处的弧形槽槽口与弧形槽a外侧壁面之间的夹角。因此，本发明所述的弧形槽a在边缘处的斜度要尽量小一些，以方便乒乓球吸进主回收筒中。

优选地，负压抽吸装置包括驱动电机以及与驱动电机的动力输出端连接的叶片；驱动电机的机座固定在安置腔中；叶片在驱动电机的动力驱动下，能够从弧形槽a的槽底通过通孔a抽吸气体，再经主回收筒筒底的通孔b排出，使得待抓取乒乓球能够吸附在弧形槽a的槽底。由此可知，本发明将所述的叶片与驱动电机相连组成简易的风扇，安装在主回收筒内部，风扇将主回收筒内部的空气向外排出，这样主回收筒内外就会形成负压，弧形槽a的槽底有通孔a，这样乒乓球会在气流的作用下向主回收筒移动。当乒乓球大致移动到乒乓球回收装置可捕获的范围内时，辅助回收筒在第二舵机的驱动下，向主回收筒方向旋转，二者配合，抓取乒乓球。

主回收筒和辅助回收筒都是拼接而成的，因此为保证有良好的密封性，需在所有拼接口处涂密封胶。为防止外界杂质进入主回收筒内部干扰电机工作，可以在主回收筒开有槽孔的侧面（弧形槽a的槽底、主回收筒的筒底）外部包裹一层尼龙网。

优选地，所述的叶片数量有5片并均匀分布，各叶片均呈鸟翼状设置。这种形状的叶片流量大且噪声小。

本发明可以辅助运动员训练，节省运动员捡球所需消耗的时间和体力。利用负压原理和舵机控制乒乓球回收装置张开角度的方法，可以降低捕获乒乓球的难度，因此捡球效率得以提高。同时本发明结构简单，成本较低。

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