(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210507516.X (22)申请日 2022.05.11 (71)申请人 沈阳大学 地址 110000 辽宁省沈阳市大东区望花 南 街21号 (72)发明人 谢英红　王晓　韩晓微　周育竹　 唐璐　 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) B25J 5/00(2006.01) B25J 11/00(2006.01) (54)发明名称 一种基于视觉定位捡球 机器人 (57)摘要 本发明公开了一种基于视觉定位捡球机器 人， 包括： 整体捡球车壳体， 其通过单方向控制转 向轮和一对后驱动轮水平支 撑于地面上； 所述壳 体前部开口， 呈半弧状， 弧状前凸边沿距离地面 高度大于球体直径， 下边 沿呈弧状与水平地面相 切留有一定空隙； 壳体后半部分为球的收集箱， 箱体底部向后倾斜， 收纳箱后部分支撑于后驱动 轮之上； 收纳乒乓球的结构为同轴可转动扇叶 状， 由收纳扇叶中心轴 固定在壳体前部， 中心轴 高于地面一个扇叶的宽度且与地面留有适量间 隙， 并与开口壳体保持适量间隙； 壳体前部上边 沿前凸部分装有深度摄像头， 采集图像定位乒乓 球具体位置及其障碍物分布。 本发 明捡球机器人 大大提高了捡球效率， 实现捡球自主无人化， 降 低了捡球人力成本 。 权利要求书2页 说明书4页 附图3页 CN 114888799 A 2022.08.12 CN 114888799 A 1.本发明捡球机器人， 其结构体特征在于： 包括驱动导向结构、 捡球结构、 球体收集结 构、 球体识别跟踪结构； 所述驱动及导向结构， 用于控制捡球机器人运动方向的转向轮， 是车架主体结构前部 分的底部单个车轮， 前部单车轮无驱动功能且通过舵机控制进行转向； 轮子的连接轴末端 有传动齿轮， 传动齿轮与舵机的齿轮相啮合， 舵机位于车架前部 分车轮上方， 转动的信号与 供电由车载的单片机与电池提供； 用于给捡球机器人前进提供动力的驱动轮， 位于车架结 构体后面的底部， 由两个车轮及一个连接转轴组成， 左驱动轮与车架之间在转动轴 上留有 一定的间隙， 空间内传动轴上固定有传动齿轮， 车架对应位置安装电机， 电机末端装有齿 轮， 与转轴的齿轮相啮合， 电机通过齿轮传动为机器人前进提供动力， 前后轮将小 车壳体水 平支撑于地面上， 完成机器人的爬行运动； 所述捡球结构， 用于收集球体的多个捡球扇叶， 多个捡球扇叶固定于可旋转的中心轴 上， 中心轴转动带动扇叶运动， 将位于车身 前的球传送到球体收集结构内部， 车架前部 分开 口为捡球扇叶提供转动收集小球的空间， 转动中心轴横向贯穿壳体固定， 在一侧 裸露的少 许部分装有传动齿轮， 侧 边装有电机， 电机通过末端齿轮与捡球扇叶中心轴的传动齿轮相 啮合传动为扇叶提供转动 动力， 借此旋转扇叶收集散落的球 体； 所述球体收集结构， 车架壳体后部分为小球的收集箱， 内部为斜坡结构， 使球体在自身 重力作用下， 滚动到收集箱的底部， 保证再次收集到的球体不被阻挡， 能够持续储球； 收集 结构前半部分开口放置捡球扇叶， 捡球扇叶中心轴横向贯穿开口部分， 收集结构前半部分 为圆柱形， 半径大于单个扇叶的宽度； 壳体前部分装有深度摄像机， 用于扫描捡球环境， 在 收集到的图像信息上利用图像识 别算法进行处理， 识别球体所在位置以及各类障碍物， 将识别处理结果反馈给控制芯片解 算， 针对当前位置和捡球位置以及各类障碍物的分布， 对捡球路径进行规划并选取最优捡 球路线， 根据规划的路线将运动控制指令下达驱动模块对电机进行驱动， 同时控制转向轮 的转向， 保证沿既定路线前进,同时， 捡球扇叶保持工作状态， 实时收集路径上的乒乓球。 2.如权利要求1所述的捡球机器人， 其特征在于， 所述捡球机器人包括捡球机器人整体 外壳； 带有与电机啮合齿轮的驱动轮， 位于捡球机器人的底部后部分， 固定在箱体的底部； 驱动机器人前进的驱动电机， 位于左驱动轮带有齿轮部 分， 固定在收纳箱的一侧； 带有与电 机啮合齿轮的收集扇叶， 位于 收纳箱的前半部分预留空间处， 由贯穿的轴承固定在箱体的 两侧处； 带有与收集扇叶相啮合的驱动其转动的电机， 位于收集扇叶驱动齿轮上方， 固定于 箱体的一侧； 转向轮， 与外壳前部所带舵机的齿轮相啮合， 位于整体外壳前部分中间位置， 固定于箱体前侧伸出的结构上， 控制机器人前进的方向； 舵机， 位于整体外壳前部分， 控制 转向轮的转向， 固定于箱体前侧伸出的结构上， 齿轮与转向轮伸出的齿轮相啮合； 深度摄像 头位于整体外壳前部分中间位置， 固定 于箱体前侧伸出的结构上。 3.如权利要求1所述的捡球机器人， 其特征于， 对深度摄像机捕捉到的图像进行图像识 别采用阈值分割图像法， 对形状的识别采用Hough变化， 进而识别 出目标球体， 得到所在位 置； 机器人前进捡球过程的路径是根据单片机解算出 的目标球位置通过路径算法得到； 捡 球机器人的电机驱动加入了PID控制算法， 确保机器人的前进始终保持稳定的速度。 4.如权利要求1所述的捡球机器人， 其特征于， 捡球过程中球被捡球扇叶传送到收集箱 的最高处时， 球在自身重力下滚落到箱体内部， 实现自动收球的目的。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114888799 A 25.如权利要求1所述的捡球机器人， 其特征于， 在捡球过程中， 摄像机所视范围内无球 可捡时， 前部转向轮向一侧移动， 扩大扫描角度， 确保不遗落乒乓球。 6.如权利要求1所述的捡球机器人， 其特征于， 在捡球机器人整体外 壳的上部预留取球 口， 收集球 体达到最大值时， 方便 工作人员取球使用。 7.如权利要求1至6任意一项所述的捡球机器人的捡球方法,其特征在于， 包括如下步 骤： S1、 机器人进入新环境寻找散落球体， 位于机器人前部的深度摄像机对当前环境摄像 扫描， 将采集的地 面散落球 体的画面发送给 单片机进行处 理； S2、 单片机对摄像机传送 的图片进行分析处理， 通过阈值分割图像分割技术和对形状 的识别分析将目标球与其他非目标物 区分开来， 进而确定球体所在方位； 根据深度摄像机 所得距离确定球体位置， 表示在平面图形上， 与当前机器人所 处位置进 行校对， 得出一条无 干扰无障碍物的捡球路径； 在机器人跟踪路径捡球过程中， 根据深度摄像机传回的实时数 据流监测障碍物与机器人距离， 若所遇到的障碍物与机器人的距离小于安全距离则停止小 车的前进过程， 保证机器人的安全和防止误伤运动人员， 确定捡球机器人的捡球路径之后， 单片机根 据结果控制驱动轮运 转使机器人 前进和导向轮转向控制前进方向； S3、 捡球机器人运动到小球位置处， 收纳部分起到铲球作用的平推收集装置把球聚集 在同一条线内， 在捡球扇叶转动过程中将面前可收纳范围内的小球揽进收纳箱内， 到 收集 箱的斜坡处， 球 体在自身重力作用下滚 入收集箱的内部 。 8.如权利要求6所述， 捡球机器人特征在于， 当机器人对所处环境扫描未发现散落乒乓 球时， 机器人会复位到规定的初始 位置进行待机， 同时有间隔的对所 处环境进 行扫描， 做到 及时发现散落球 体， 不耽误球的使用， 待机过程中可以进行 取球动作。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114888799 A 3