一种篮球实时跟踪回收装置与工作方法
【专利摘要】本发明涉及机器设备技术领域，特指一种篮球实时跟踪回收装置与工作方法，包括车体，车体顶部设有载物台，车体底部设有若干滚轮，车体上设有控制模块、超声波传感器模块、红外避障模块、驱动模块、显示模块、图像采集处理模块、电源模块，超声波传感器模块、红外避障模块、驱动模块、显示模块、图像采集处理模块、电源模块分别电连接于控制模块。通过图像处理、超声波定位、路径预算法、红外避障以及智能控制等技术实现在投篮练习中对篮球的实时跟踪与回收，能够根据篮球短期内的运动路径进行预测和规划，实现最短路程内达到回收效果，在篮球未落地之前进行回收，并根据设定将回收到的篮球放置归位，可以方便投篮练习，大大节省训练时间。
【专利说明】
一种篮球实时跟踪回收装置与工作方法
技术领域
[0001]本发明涉及机器设备技术领域，特指一种篮球实时跟踪回收装置与工作方法。
【背景技术】
[0002]随着科学技术的发展，智能机器人已经应用于各个领域，如工业、农业、运动及高危领域等，其中，在运动领域里，尤其是在篮球的投篮练习中，为了节省训练时间，运动场上会放很多篮球，但是，球的数量毕竟有限，球被使用后又会散落在运动场的各个角落，需要花费很多时间对球实施回收，这不仅浪费了大量体力，而且在一定程度上还浪费了大量的训练时间。
【发明内容】
[0003]针对以上问题，本发明提供了一种篮球实时跟踪回收装置与工作方法，其通过图像处理、超声波定位、路径预算法、红外避障以及智能控制等技术实现在投篮练习中对篮球的实时跟踪与回收，能够根据篮球短期内的运动路径进行预测和规划，实现最短路程内达到回收效果，在篮球未落地之前进行回收，并根据设定将回收到的篮球放置归位，可以方便投篮练习，大大节省训练时间。
[0004]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下:
[0005]—种篮球实时跟踪回收装置，包括车体，车体顶部设有载物台，车体底部设有若干滚轮，车体上设有控制模块、超声波传感器模块、红外避障模块、驱动模块、显示模块、图像采集处理模块、电源模块，超声波传感器模块、红外避障模块、驱动模块、显示模块、图像采集处理模块、电源模块分别电连接于控制模块。
[0006]进一步而言，所述载物台上设有电子计重机构，电子计重机构电连接于控制模块。
[0007]进一步而言，所述超声波传感器模块包括超声波接收模块与超声波发射模块，超声波接收模块与超声波发射模块对应连接。
[0008]进一步而言，所述驱动模块采用直流电机驱动。
[0009]进一步而言，所述显示模块采用显示屏显示。
[0010]进一步而言，所述图像采集处理模块采用多个摄像头进行图像采集。
[0011 ]进一步而言，所述电源模块采用锂离子电池或蓄电池供电。
[0012]进一步而言，所述滚轮包括设于车体前端的两个主动轮与设于车体尾端的两从动轮或采用若干单球轮。
[0013]—种篮球实时跟踪回收装置的工作方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0014]步骤一，预先设定车体的载物台的载重量及起始的位置，预先输入篮球对比图像至控制模块的处理器内，并存档；
[0015]步骤二，根据图像采集处理模块锁定并跟踪使用者投篮后的篮球；
[0016]步骤三，利用超声波接收模块与超声波发射模块分析与预测篮球下落路线与位置，并制定车体行驶路径；
[0017]步骤四，控制模块控制驱动模块驱动车体按制定路径行驶；
[0018]步骤五，根据路径实时位置变化，通过红外避障模块避开路障，并实时修正车体行驶路径；
[0019]步骤六，准确回收篮球至载物台上；
[0020]步骤七，当回收的篮球达到预设载重量时返回起始位置。
[0021]本发明有益效果:
[0022]1.本发明能够根据图像采集处理模块对运动中的篮球进行锁定与跟踪，从而实现在篮球落地之前的回收工作，而不是人工捡球或是等篮球落地后再进行回收，大大节省了时间，提尚了训练效率；
[0023]2.本发明同时具有追踪载重的功能，并且能够在超载之后将篮球自动放回原位，供训练员继续使用；
[0024]3.本发明采用多摄像头跟踪，能够实现对篮球的全方位跟踪；
[0025]4.本发明可以通过对篮球短时间内的运动轨迹进行分析，通过实时路径规划实现在最短的运动路程内达到回收效果。
【附图说明】
[0026]图1是本发明整体结构平面图。
[0027]1.超声波接收模块;2.超声波发射模块;3.红外避障模块;4.驱动模块;5.显示模块;6.图像采集处理模块;7.电源模块;8.电子计重机构；10.控制模块;20.车体;21.载物台；22.滚轮ο
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图与实施例对本发明的技术方案进行说明。
[0029]如图1所示，本发明所述一种篮球实时跟踪回收装置，包括车体20，车体20顶部设有载物台21，车体20底部设有若干滚轮22，车体20上设有控制模块10、超声波传感器模块、红外避障模块3、驱动模块4、显示模块5、图像采集处理模块6、电源模块7，超声波传感器模块、红外避障模块3、驱动模块4、显示模块5、图像采集处理模块6、电源模块7分别电连接于控制模块10。以上所述构成本发明基本结构。
[0030]本发明采用这样的结构设置，载物台21的作用在于承载回收后的篮球;滚轮22的作用在于方便车体20行走;控制模块10为控制中心，用于将采集到的图像与预置篮球图片进行对比，判断其是否为篮球，同进还需要处理超声波传感器发射和接收到的数据并根据一段时间内的处理结算，实时对篮球的运动路径进行规划和预测，从而实现在最短的运动路程内达到加收效果，整个装置的平衡以及距离等控制全部通过该模块实现，较高的处理器速度有助于减少程序延时，提高测距精度以及图像处理速度，本发明优选采用STM32系列的处理器即可满足要求;超声波传感器模块的作用在于测量目标与装置之间的距离，进行定位;红外避障模块3的作用在于车体20行驶过程中可避开路障，在车体10运动过程中，红外发射器发射出一定频率的红外线，利用物体的反射性质，在一定范围内，如果没有障碍物，发射出去的红外线，因为传播距离越远而逐渐减弱，最后消失，如果有障碍物，红外线遇到障碍物，被反射到达传感器接收头，传感器检测到这一信号，就可以确认前方有障碍物，并传给控制器，控制器进行一系列的处理分析，完成躲避障碍物动作，保证系统的安全性，提高了系统的可靠性;驱动模块4的作用在于驱动车体20行走;显示模块5的作用在于能够实时显示并记录图像采集结果以及超声波传感器和电机电压的数据等，便于出现故障时可以方便排除；图像采集处理模块6的作用在于通过图像采集并将采集到的图像进行降噪还原等优化处理，便于控制模块10对跟踪目标的判断；电源模块7的作用在于给车体20供电。
[0031]更具体而言，所述载物台21上设有电子计重机构8，电子计重机构8电连接于控制模块10。其作用在于控制模块10会根据电子计重机构8的数据与预设数值进行对比，当重量超过预设重量时会自动退回指定位置，进行篮球放置。
[0032]更具体而言，所述超声波传感器模块包括超声波接收模块I与超声波发射模块2，超声波接收模块I与超声波发射模块2对应连接。通过不同传感器之间接收到的超声波的时间差计算目标与装置之间的距离，然后根据超声定位算法，确定篮球的具体位置，为篮球运动路径的规划提供依据。本发明优选的使用四个超声波接收装置与超声波发射装置同步工作，其工作原理:其中，超声波接收器放置的位置称作信标结点，被测篮球的位置称作待测结点，超声波定位需要先对目标节点进行距离测量，即在超声波发射器发射超声波时会同时启动四个超声波接收器的计时器，在超声波接收器接收到超声波信号后停止计时，得到超声波信号由待测结点到信标结点传输的时间，再根据超声波测距原理计算得到待测结点到各信标结点的距离，当同时有三个或以上不在同一条直线上信标结点作出回应时，根据相关的定位算法就可以实现对目标的具体位置的定位。超声波定位技术是一种基于测距的定位技术，在超声波定位系统中常用的定位算法有三边测量算法、三角测量算法和极大似然估计算法，根据实际问题，本发明采用三边测量算法，它具有更高的定位精度，能够实现更好的定位。
[0033]更具体而言，所述驱动模块4采用直流电机驱动。可便于实现电机的调速，并能够通过自身重量控制驱动电压，保证车速稳定，本发明采用的行走包括前进、后退、左转弯和右转弯等，并且全面采用智能控制，能够保证跟随效果优良。本发明优选采用单极式PWM调速技术实现对车体20的调速，车体PWM的形成是根据图像以及超声波定位以后的具体处理结果经过STM32主控芯片产生，从而实现对车体20运动情况的准确控制。
[0034]更具体而言，所述显示模块5采用显示屏显示。能够实时显示并记录图像采集结果以及超声波传感器和电机电压的数据等，便于出现故障时可以方便排除。
[0035]更具体而言，所述图像采集处理模块6采用多个摄像头进行图像采集。便于实现对篮球的全方位跟踪，并将采集到的图像进行降噪还原等优先处理，便于控制模块10对跟踪目标的判断。
[0036]更具体而言，所述电源模块7采用锂离子电池或蓄电池供电。可通过充电循环使用。
[0037]更具体而言，所述滚轮22包括设于车体20前端的两个主动轮与设于车体20尾端的两从动轮或采用若干单球轮。
[0038]本发明所述一种篮球实时跟踪回收装置的工作方法，包括以下步骤:
[0039]步骤一，预先设定车体20的载物台21的载重量及起始的位置，预先输入篮球对比图像至控制模块10的处理器内，并存档；
[0040]步骤二，根据图像采集处理模块6锁定并跟踪使用者投篮后的篮球；
[0041]步骤三，利用超声波接收模块I与超声波发射模块2分析与预测篮球下落路线与位置，并制定车体20行驶路径；
[0042]步骤四，控制模块10控制驱动模块4驱动车体20按制定路径行驶；
[0043]步骤五，根据路径实时位置变化，通过红外避障模块3避开路障，并实时修正车体20行驶路径；
[0044]步骤六，准确回收篮球至载物台21上；
[0045]步骤七，当回收的篮球达到预设载重量时返回起始位置。
[0046]上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的【具体实施方式】，上述的【具体实施方式】仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
【主权项】
1.一种篮球实时跟踪回收装置，包括车体(20)，其特征在于:所述车体(20)顶部设有载物台(21)，所述车体(20)底部设有若干滚轮(22)，所述车体(20)上设有控制模块(10)、超声波传感器模块、红外避障模块(3)、驱动模块(4)、显示模块(5)、图像采集处理模块(6)、电源模块(7)，所述超声波传感器模块、红外避障模块(3)、驱动模块(4)、显示模块(5)、图像采集处理模块(6)、电源模块(7)分别电连接于控制模块(10)。2.根据权利要求1所述的一种篮球实时跟踪回收装置，其特征在于:所述载物台(21)上设有电子计重机构(8)，所述电子计重机构(8)电连接于控制模块(10)。3.根据权利要求1所述的一种篮球实时跟踪回收装置，其特征在于:所述超声波传感器模块包括超声波接收模块(I)与超声波发射模块(2)，所述超声波接收模块(I)与超声波发射模块(2)对应连接。4.根据权利要求1所述的一种篮球实时跟踪回收装置，其特征在于:所述驱动模块(4)米用直流电机驱动。5.根据权利要求1所述的一种篮球实时跟踪回收装置，其特征在于:所述显示模块(5)采用显示屏显示。6.根据权利要求1所述的一种篮球实时跟踪回收装置，其特征在于:所述图像采集处理模块(6)采用多个摄像头进行图像采集。7.根据权利要求1所述的一种篮球实时跟踪回收装置，其特征在于:所述电源模块(7)采用锂离子电池或蓄电池供电。8.根据权利要求1所述的一种篮球实时跟踪回收装置，其特征在于:所述滚轮(22)包括设于车体(20)前端的两个主动轮与设于车体(20)尾端的两从动轮或采用若干单球轮。9.一种篮球实时跟踪回收装置的工作方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一，预先设定车体(20)的载物台(21)的载重量及起始的位置，预先输入篮球对比图像至控制模块(10)的处理器内，并存档； 步骤二，根据图像采集处理模块(6)锁定并跟踪使用者投篮后的篮球； 步骤三，利用超声波接收模块(I)与超声波发射模块(2)分析与预测篮球下落路线与位置，并制定车体(20)行驶路径； 步骤四，控制模块(10)控制驱动模块(4)驱动车体(20)按制定路径行驶； 步骤五，根据路径实时位置变化，通过红外避障模块(3)避开路障，并实时修正车体(20)行驶路径； 步骤六，准确回收篮球至载物台(21)上； 步骤七，当回收的篮球达到预设载重量时返回起始位置。
【文档编号】A63B47/02GK105944343SQ201610538742
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年7月8日
【发明人】徐小强, 孔海洋
【申请人】武汉理工大学