一种基于滚轴及夹持机构的可控捡球小车系统的制作方法

本发明涉及一种基于滚轴及夹持机构的可控捡球小车系统，属于体育器械及机械智能控制技术领域。

背景技术：

网球被称为世界第二大球类运动，适宜于各个年龄阶层的人参加，深受大家的喜爱。观看重要的国际网球比赛，是许多人休闲、度假的主要内容。独特的网球文化使得网球运动成为现代社会中人的崇尚的生活方式之一。随着生活水平提高，收入增加，人们逐渐参与网球文化相关的活动。

一些网球初学者和专业运动员需要大量练习发球和接球，每打出一次都会有一个球散落不同的地方，会使球场上有大量散落的网球，一般都是人工拾取，非常繁琐。经过大量的练习之后，人会很疲劳，但球场上却有很多球需要捡，因此需要一种能替代人工完成网球收集任务又有一定灵活性和适用性的自动机器来完成这项工作。

市面上现有捡球机器人主要有以下三种：(1)应用类似于吸尘器原理的抽风式的结构去收集小球；(2)机械手式的结构抓取小球；3)用类似本专利的滚卷式夹持机构夹持。

但是现有的捡球机器人存在以下几个问题：l)抽风式的捡球机器人需要大功率的电源支持，整个设备复杂、笨重，在设计和维护上需要更多投入，成本较高；2)机械手式的机构一次只能抓取一个或者少量的球，效率低而且成本高昂。

最近几年无线终端技术和机器视觉识别技术飞速发展，通过手机app来控制捡球机器人的运动方向来捡球的模式，或者将小车设为自动模式，让小车自动识别网球的位置，自动捡球的模式，既方便施行，又省时省力。

本发明提出了一种基于滚轴及夹持机构的可控捡球小车系统，通过夹持机构配合滚筒的旋转，将网球卷入球舱，同时，用户可以通过手机app的操作，控制小车捡球，进而由小车的视觉识别加跟踪系统自动拾球，单小车具有结构简单、便于操作的优势，多小车间协作可实现智能捡球及降低人力操作。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有智能捡球装置存在缺乏协作、操作繁琐以及拾球效率有待提高的技术现状，提出了一种基于滚轴及夹持机构的可控捡球小车系统。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

所述基于滚轴及夹持机构的可控捡球小车系统包括若干个基于滚轴及夹持机构的可控捡球小车以及智能操作端；

可控捡球小车的数量为n个，n大于等于1；

其中，智能操作端的数量为m；m大于等于1；

当m为1时，所述智能操作端位于可控捡球小车外，且智能操作端包括多台协作控制模块；

当m大于1时，所述智能操作端位于可控捡球小车上，且每个智能操作端的多台协作控制模块支持多台协作控制协议；

每个基于滚轴及夹持机构的可控捡球小车，简称小车，包括无线信息收发模块、控制信息处理模块、拾球器模块、运动底盘模块以及摄像采集模块；

拾球器模块包括：夹持机构、滚筒、滚轴、滚轴滚动控制电机以及球舱；

运动底盘模块包括后轮、底盘、前轮、电源单元、电机驱动单元、稳压模块、传感器单元以及直流电机单元；

其中，传感器单元包括压力传感器；

控制信息处理模块包括：无线信息收发模块以及信息处理模块；

摄像采集模块包括摄像头；

其中，无线信息收发模块又包括远程通信及定位模块以及近程无线收发模块；

其中，近程无线收发模块包括wifi模块1、蓝牙模块以及红外避障模块；

远程通信及定位模块包括wifi模块2、定位模块和移动网络模块；

所述基于滚轴及夹持机构的可控捡球小车系统中各模块的连接关系如下：

运动底盘模块以及拾球器模块均与信息处理模块相连，信息处理模块与摄像采集模块以及无线信息收发模块相连；

远程通信及定位模块与智能操作端相连；

近程无线收发模块与远程通信及定位模块分别与信息处理模块相连。

所述基于滚轴及夹持机构的可控捡球小车系统各模块的安装及工作如下：

控制信息处理模块置于运动底盘模块内，用于处理并发出控制信息，发出执行指令、同智能操作端及其它小车进行无线通信；无线信息收发模块与智能操作端及其它小车通过wifi模块2或移动网络模块进行无线通信，并将定位模块采集的定位信息反馈给信息处理模块；信息处理模块接收其它模块反馈回的信息，发出控制指令给运动底盘模块，对小车进行实际控制；

运动底盘模块为四轮驱动，由直流电机控制车轮转动，根据信息处理模块提供的路径信息，实现移动、转向、避障和斜坡减速；当拾球小车的球舱装满时，运动底盘上的压力传感器会对信息处理模块发出满舱警报，信息处理模块通过远程通信及定位模块中的wifi模块2或移动网络模块给智能操作端发出满舱信息，提醒智能操作端球舱已经装满。

摄像采集模块中的摄像头接收信息处理模块信息，对现场图像进行采集，信息处理模块基于拍摄图片译码出网球位置信息发送给控制信息处理模块和通过无线信息收发模块发给其它小车；控制信息处理模块通过对图像数据分析，发送控制信息给小车，并决定小车的路径信息。

拾球器模块中夹持机构及球舱的整体设计前宽后窄，方便一次卷入多个网球，球舱前方设置有斜坡滑板，倾斜角约为15-20°，斜坡滑板两侧设置有挡板；当球装满球舱后，拾球滚筒安装在与地面平行的角度，通过旋转滚筒将球卷入拾球舱里，由于滚筒和地面之间的距离略小于网球直径且滚筒有弹性，所以网球能够被卷入而不会漏出，最后球储存在球舱中多台协作控制模块的功能是协作模式下实现多台小车一起捡球，分区域工作，互相协作；智能操作端划定各小车行动路径，保证所有的并集包含整个场地，并将路径信息发送给小车。

滚轴由运动底盘尾部的滚轴滚动控制电机控制，智能操作端可通过信息处理模块控制滚轴的升降，调整滚筒距离地面的高度，实现将不同直径大小的球收入球舱。

所述可控捡球小车有如下几种工作模式；正常工作模式、自主避让模式、协作模式以及非协作模式；

其中，正常工作模式与自主避让模式这两种工作模式为呈递关系；

其中，正常工作模式包括步骤1到步骤4，而自主避让模式从步骤a到步骤e；

其中，正常工作模式，包括如下步骤：

步骤1.智能操作端中多台协作控制模块依据需求的拾球范围设定各小车初始位置，并依据每个小车远程通信及定位模块反馈的gps数据，计算出各小车的拾球坐标范围，并向各小车发布，具体为：智能操作端每隔一定时间段t1通过移动网络模块或wifi模块2接收各小车远程通信及定位模块中定位模块反馈的gps数据，确定向各小车发布当前t1时间段内的位置坐标；

其中，当智能操作端与小车距离超过一定距离x时，则通过移动网络模块接收各小车定位模块反馈的gps数据；否则，当智能操作端与小车距离小于等于一定距离x时，则通过wifi模块2接收各小车定位模块反馈的gps数据；

其中，一定距离x的取值范围为小于等于10米；所有小车的拾球坐标范围并集为整个场地；一定时间段t1的范围为0.1分钟到2分钟；

步骤2.每个小车的无线信息收发模块接收智能操作端的拾球坐标信息，将拾球坐标信息经信息处理模块计算输出小车运动路线给运动底盘模块使得依据小车运动到达指定位置坐标处；

其中，小车运动到达指定位置坐标过程中，信息处理模块接收到红外避障模块传输来的路障信息，会反馈给小车绕道指令以及相应的绕道路线，小车运动底盘模块依据绕道路线避开路障；

步骤3.信息处理模块发送来的图像采集指令给摄像采集模块，摄像采集模块接收图像采集指令并以一定速率s1拍摄图片；

其中，一定速率s1的取值范围为0.01秒到5秒每幅；

步骤4.摄像采集模块将拍摄的图片信息传输回信息处理模块，信息处理模块解析图片中球的位置控制运动底盘模块运动小车到指定位置，再控制拾球器模块的滚轴驱动滚筒与夹持机构拾球；

在上述步骤1到步骤4的操作过程中，智能操作端发现某小车应答超时，或各小车远程通信及定位模块反馈的gps数据异常时，标记该小车故障，将该小车位置信息忽略，并结束正常工作模式跳至步骤a，进入自主避让模式；

步骤a.智能操作端将剩余小车反馈的位置重新划分各小车的拾球坐标范围，并向各小车发布，具体为：

智能操作端划定各小车行动路径，保证所有的并集包含整个场地，并将路径信息发送给小车；

步骤b.各小车的无线信息收发模块的串口和蓝牙模块收到路径信息后，反馈给信息处理模块；

步骤c.信息处理模块将路径信息进行译码，生成工作指令给摄像采集模块、拾球器模块和底盘运动模块，小车按照划定的路径开始行进并以一定速率s2采集图像，并做如下操作：

其中，s2的范围为0.01秒到10秒每幅；

c.1当拾球坐标范围内有网球，且该拾球坐标范围内仅有一辆小车时，则当前小车的信息处理模块根据自身定位信息及摄像采集模块采集画面中网球画面，计算行进路线，控制拾球器模块和底盘运动模块，同时依据摄像采集模块采集的画面进行调整；

c.2当拾球坐标范围内有网球，且该拾球坐标范围内有大于等于两辆小车时，则此拾球坐标范围内小车近程无线收发模块向其余小车发布小球位置，依据定位模块中采集的定位信息判断各小车距离网球的位置，并做如下操作：

c.2a距离小球最近的小车前去拾球，其余小车继续按原定轨迹行进；

脱离计划路径的小车的控制信息处理模块会发出停止寻球进程指令，小车在拾球完成后返回脱离路径的位置，继续按基本路径行进并重启寻球进程；

c.2b若数辆小车距离小球距离相同，则距离相同的小车间进行随机等待，最早等待结束的小车通过wifi模块1或蓝牙模块向其他小车发布继续按基本路径行进的指令，前去拾球；

在步骤c操作期间，某小车装满时，该小车执行步骤d操作，其余小车等待满舱小车发送信息后，再执行步骤e；

步骤d.该小车的信息处理模块控制运动底盘模块的压力传感器会给控制信息处理模块发出满舱报警信息，该小车的信息处理模块通过远程通信及定位模块向智能操作端发送仓满信号，并继续按原有路径前进，此时小车停止拾球进程，只进行寻球进程，即仅将其定位模块获取的gps定位信息继续发送给其它小车；

步骤e.其余小车接收球满小车发送的小球位置信息，计算小球位置与自身路径最短距离，由最短距离最小的小车前去拾球；当拾球范围内小车拍摄的图片中显示没网球时，向智能操作端发送工作完成信号，结束自主避让模式。

多台协作控制模块内置有多台协作控制协议，可在协作模式实现多台小车一起捡球，分区域工作和互相协作传输信息；

其中，可控捡球小车系统中“源小车”和“目的小车”之间传输信息的步骤，具体为：

步骤a：传输信息前，所有小车均进行初始化，具体包括如下内容：

步骤a.1)当前小车发送“直达小车”查询信号，收到该查询信号的小车回送响应信号，当前小车根据此询问信号和响应信号建立“直达小车”数量、“直达小车”位置列表以及本小车与“直达小车”的路宽列表；

其中，查询信号具体为：每个小车的控制信息处理模块通过其远程通信与定位中的定位模块存储和发送当前小车位置信息；

其中，响应信号包括小车位置列表信息；

其中，位置列表信息未小车位置信息、小车全局名、小车ip地址、小车在可控捡球小车系统中的编号中的一种；

其中，小车ip地址以及小车全局名适用于大的分布式球场；

步骤a.2)将本小车通过“直达小车”可达小车其他非近邻小车的路宽均置为预设的最小值，对于本小车的未知目的小车，为其路宽值预留存储器；

步骤b.当前小车接收到响应信号后，信息处理模块驱动摄像采集模块采集图片，并提取当前小车与各“直达小车”之间“空白地带”的大小，此“空白地带”即当前小车与各“直达小车”的路宽，将任意两个小车之间的路宽从大到小排列，并限定任意两个小车之间路宽总数的最大值为x；

步骤c.当前小车通过“直达小车”建立可达可控捡球小车系统中各小车的路宽列表；

其中，所述路宽列表枚举从当前小车出发到可控捡球小车系统中另一小车的历史路宽列表；

对于本小车未知的目的小车，此路宽初始值设置为一预设的最小值；

至此，从步骤a到步骤c，建立了单个可控捡球小车建立的信息传输表，包含如下内容：

1)当前小车的“直连小车”数量，即从本小车无需转接可直达的小车数目；

2)当前小车的“直连小车”位置列表；

3)当前小车与各“直达小车”之间的路宽列表，即步骤b和步骤c输出；

步骤d：当前小车将欲发送的信息经信道编码后的数据包，在没有收到目的小车的反馈信息前，一直产生并发送；

其中，欲发送的信息当局域网传输时，包括图像采集模块采集的图片以及信息传输表中的内容；当广域网传输时，仅包括信息传输表中的内容；

其中，图像采集模块采集的图片以一定速率s1更新；

其中，步骤d的信道编码为ldpc、rs以及turbo码中的一种；当欲发送信息重要性不同时，可将信息分组并采用不等错误保护模式，即重要信息的编码采用更多冗余校验信息，即对源发送信息进行信道编码的参数和形式根据传输需求，灵活选择和设计；

步骤e：当前小车计算本小车与其“直连小车”到目的小车的距离，并从信息传输表中获取路宽信息；

其中，本小车与其“直连小车”到目的小车的距离计算，具体通过定位模块的经纬度辅助摄像采集模块中的图片识别进一步精确计算；

步骤f：“直连小车”收到数据包后，如果该直连小车为传输信息的“目的小车”，则转步骤e；否则，该直连小车作为中间小车检查转发次数计数器的值，若该值小于y时存在两种情况：

f.1若当前小车存在该“直连小车”的“直连小车”没有可以转发数据包的小车，则转发次数计数器加1，将本小车的位置列表写入数据包头，将更新后的数据包头和数据转发给含有至少一个“直连小车”的“直连小车”；

f.2如果当前小车“直连小车”的“直连小车”没有可以进一步转发数据包的“直连小车”，则丢弃此数据包；

其中，y为限定的非“直连小车”的转发次数最大值，x为限定任意两个小车之间路经总数的最大值；数据包的包头中包含源小车位置、目的小车位置和转发次数计数器，并预留y个转发小车位置，其中转发次数计数器置零；

步骤g：“目的小车”将各路宽收到的数据进行组装并译码，译码成功后反馈“成功接收所有数据包”的通知给源发送数据的小车，并停止数据包的接收；

步骤h：发送信息的当前小车检测到“目的小车”发送来的“成功接收所有数据包”，停止发送数据包；至此，完成了从源小车到“目的小车”间的一次信息传送；

经过上述步骤d到步骤h完成了可控捡球小车系统中“源小车”和“目的小车”间一次完整的信息传输，且传输的信息是当前小车图像采集模块采集的图片以及信息传输表中的内容；

因此，所述可控捡球小车系统中的“源小车”和“目的小车”中的多台协作控制模块内置的工作过程，即依据上述步骤a到步骤h的多台协作控制协议进行信息传输；

与此同时，每个小车的信息处理模块依据摄像采集模块传来的图像判断当前位置有可拾取小球，则给拾球器模块发送拾球指令，使拾球器模块开始工作；当前位置没有可拾取小球，则依据定位模块传输则会拾球器模块发送拾球指令，使拾球器模块开始工作；

在执行过程中，当小车装满时，即运动底盘模块的压力传感器会给控制信息处理模块发出满仓报警信息，跳至步骤i；

在执行过程中，当拾球完毕，即摄像采集模块传来的图像中没有任何小球，则跳至步骤j；

步骤i：当前小车的控制信息处理模块通过远程通信及定位模块向智能操作端的多台协作控制模块发送舱满信号，多台协作控制模块依据当前小车信息传输表，找到其“直连小车”以及“直连小车”的直连小车的信息传输表，并删除带有当前小车的信息，具体包括：将当前小车“直连小车”信息表中数量减去1；将当前小车的“直连小车”位置列表中取出当前小车的位置；将当前小车“直达小车”之间的路宽列表中取出当前小车的路宽列表；

运动底盘模块驱动当前小车行进至舱满停靠位置坐标，且当前小车的控制信息处理模块停止发送拾球命令，至此，当前小车的协作模式结束；

步骤f.其余小车接收球满小车发送的小球位置信息，控制信息处理模块计算小球位置与自身路径最短距离，由最短距离最小的小车前去拾球；

步骤j.当前小车因拾球完毕，该小车的控制信息处理模块向智能操作端的多台协作控制模块发送拾球完毕信号，多台协作控制模块依据当前小车信息传输表，找到其“直连小车”以及“直连小车”的直连小车的信息传输表，并选择直连小车信息传输列表中路宽最小的小车信息指派给当前小车；当前小车的控制信息处理模块接收信息，并驱动运动底盘模块到达指派的“直连小车”位置附近，协助该“直连小车”拾取小球，直至所有小球拾取结束，结束协作模式。

所述基于滚轴及夹持机构的可控捡球小车系统的非协作模式，其工作过程如下：

步骤(1).可控捡球小车上电，由球舱顶部的摄像头采集球场上的视频或图像信息，并将采集的视频或图像传送给小车的信息处理模块；

步骤(2).信息处理模块与各小车通过无线方式连通，根据内置多台协作控制协议自主划定工作区域及最优路线，并给各小车发送划定给该车的工作区域及最优路线，小车依据所述信息向小球所在地点运动；

其中，无线方式包括但不限于wifi、移动网络、红外以及蓝牙；

其中，wifi由wifi模块2和wifi模块1完成；移动网络由移动网络模块完成；红外由红外模块完成；蓝牙由蓝牙模块完成；

步骤(3).在运动过程中，小车通过采集传感器单元、摄像采集模块以及红外模块，并依据所述模块信息生成工作指令，实现发现障碍并避开的灵活运动；

步骤(4).信息处理模块对摄像采集模块采集的图像即视频进行视觉识别，找出球体数量最多的地方，并给区域内小车发送清扫指令进行清扫，按照步骤(2)规划的路线清扫完毕后，再次进行视觉扫描，对遗漏的小球再次清扫，直到清扫完成；

步骤(5).捡完球场所有球后，若球没有装满球舱，小车回到出发原点等待用户将球取走；若还未完成工作球已经装满球舱，小车的信息处理模块给智能操作端发送满舱报警信息；用户完成卸球操作后，所述可控捡球小车可继续开始工作。

有益效果

一种基于滚轴及夹持机构的可控捡球小车系统，与现有可控捡球小车系统相比，具有如下有益效果：

1.本发明所述系统操作便捷，小巧灵活，小车可在手机app的控制下快速准确运行到球的位置，并在小车的行走过程中，通过夹持机构配合滚筒滚动完成网球的抓取动作，从而节省捡球时间；

2.本发明所述捡球小车系统具有结构紧凑，传动可靠性高，组装和调节方便，能够实现app无线控制捡球及送球的工作，代替人工对网球进行收集，减少捡球人员的捡球和送球的工作量，非常适用于正式的网球比赛和平时的网球训练；

3.本发明所述捡球小车系统使用摄像头采集的图像信息，进一步配合机器视觉算法，可以自动识别网球的位置，快速而不间断拾球，直至满舱报警，具有方便而迅捷的优势；

4.本发明所述系统可同时捡取多个网球，储存多个网球，从而提高捡球的效率。

附图说明

图1是本发明一种基于滚轴及夹持机构的可控捡球小车系统当小车数量为1时的单个小车组成示意图；

图2是本发明一种基于滚轴及夹持机构的可控捡球小车系统当小车数量为n时的系统组成示意图；

图3是本发明一种基于滚轴及夹持机构的可控捡球小车系统具体实施时的小车示意图；

图4为本发明一种基于滚轴及夹持机构的可控捡球小车系统及实施例中的工作流程图；

图5为本发明一种基于滚轴及夹持机构的可控捡球小车系统单个小车实物。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对一种基于滚轴及夹持机构的可控捡球小车系统进行详细说明。

实施例1

如图1所示，为一种基于滚轴及夹持机构的可控捡球小车系统具体实施时，单个小车的组成及连接示意图。具体实施时，所述捡球小车系统操作便捷，小巧灵活，小车可在手机app的控制下快速准确运行到球的位置，并在小车的行走过程中，通过夹持机构配合滚筒滚动完成网球的抓取动作，从而节省捡球时间。

由图1可见，所述基于滚轴及夹持机构的可控捡球小车系统在正常工作模式以及自主避让模式下，包括智能操作端、控制信息处理模块、摄像采集模块、运动底盘模块以及拾球器模块；

其中，控制信息处理模块又包括远程通信及定位模块、近程无线收发模块以及信息处理模块；拾球器模块包括：夹持机构、滚筒、滚轴、滚轴滚动控制电机以及球舱；

其中，滚轴滚动控制电机在具体实施时具有减速的功能；

夹持机构在具体实施时，可以为夹持机械手，也可以为不规则的前宽后窄持球框，本实施例为简单起见，选用后者，即“不规则的前宽后窄持球框”，后接滚筒在滚轴驱动下将球收入球舱。

运动底盘模块包括后轮、底盘、前轮、电源单元、电机驱动单元、稳压模块、传感器单元以及直流电机单元；

摄像采集模块包括摄像头；

其中，近程无线收发模块包括wifi模块1、蓝牙模块以及红外模块；

其中，具体实施时，近程无线收发模块中采用ego1集成的蓝牙模块，实现小车蓝牙运动控制。信息处理模块通过串口和蓝牙模块进行通信。信息处理模块从蓝牙模块接收到的数据进行译码，控制小车移动。

其中，红外模块用于通信或避障，也称为红外避障模块；

远程通信及定位模块包括wifi模块2、定位模块以及移动网络模块；

所述捡球小车中各模块的连接关系如下：

运动底盘模块以及拾球器模块均与信息处理模块相连，信息处理模块与摄像采集模块以及无线信息收发模块相连；

远程通信及定位模块与智能操作端相连；

近程无线收发模块与远程通信及定位模块分别与信息处理模块相连。

所述可控捡球小车有四种工作模式；正常工作模式、自主避让模式、协作模式以及非协作模式；

其中，正常工作模式与自主避让模式这两种工作模式为呈递关系；

其中，正常工作模式包括步骤1到步骤4，而自主避让模式从步骤a到步骤e；

其中，协作模式包括步骤a到步骤j，而非协作模式从步骤(1)到步骤(5)。

具体实施时，所有小车的拾球坐标范围并集为整个场地。

其中，当智能操作端与小车距离超过5米时，则通过移动网络模块接收各小车定位模块反馈的gps数据；否则，当智能操作端与小车距离小于等于5米时，则通过wifi模块2接收各小车定位模块反馈的gps数据。

具体实施时，智能操作端每隔一定时间0.1秒通过移动网络模块或wifi模块2接收各小车远程通信及定位模块中定位模块反馈的gps数据，确定向各小车发布当前0.1秒时间段内的位置坐标；

其中，当智能操作端与小车距离超过5米时，则通过移动网络模块接收各小车定位模块反馈的gps数据；否则，当智能操作端与小车距离小于等于5米时，则通过wifi模块2接收各小车定位模块反馈的gps数据；

具体实施时，步骤1到步骤4的操作过程中，智能操作端发现某小车应答超时，或各小车远程通信及定位模块反馈的gps数据异常时，标记该小车故障，将该小车位置信息忽略，并结束正常工作模式跳至步骤a，进入自主避让模式。

信息处理模块中的核心处理芯片为fpga，该所述信息处理模块置于运动底盘模块中，用于控制信息处理和发出执行指令；

控制信息处理模块通过其无线信息收发模块的串口和蓝牙模块与智能操作端进行通信，实现从蓝牙模块接收到的数据进行译码，控制小车移动和转向，对小车进行实际控制。

同时，通过装在球舱底部的压力传感器传来的信息，fpga判断出球舱的重量，当球舱的重量达到设定值后，通过移动网络模块，发送信息到用户手机，提醒用户球舱已经装满；

其中，移动网络模块采用gsm模块，也可以采用4g以及5g模块中的一种。

步骤3中信息处理模块发送来的图像采集指令给摄像采集模块，摄像采集模块接收图像采集指令并以一定速率s1拍摄图片；其中，一定速率s1具体实施时为25幅每秒，即0.04秒拍一幅图片。

底盘为四轮驱动，由直流电机控制车轮转动，根据fpga提供移动信息，实现移动、转向、避障和斜坡减速；

摄像采集模块中，小车通过摄像头对现场图像进行采集，并发送给fpga，fpga通过对图像数据分析，发送控制信息给小车，决定小车的运动方向。所述捡球小车系统使用摄像头采集的图像信息，进一步配合机器视觉算法，能自动识别网球的位置，快速而不间断拾球，直至满舱报警，具有方便而迅捷的优势。

拾球滚筒安装在与地面平行的角度，通过旋转将球卷入拾球舱里，由于滚筒和地面之间的距离略小于网球直径且滚筒有弹性，所以网球能够被卷入而不会漏出，最后球储存在球舱中。

滚轴由底盘尾部的滚轴滚动控制电机控制，可通过信息处理模块中的fpga控制滚轴的升降，调整滚筒距离地面的高度，实现将不同直径大小的球收入球舱。且所述捡球小车系统可同时捡取多个网球，储存多个网球，从而提高捡球的效率。

球舱整体设计前宽后窄，且在在省电和节省空间的同时，方便一次卷入多个网球。球舱前方设置有斜坡滑板，倾斜角度为15-20°，斜坡滑板两侧设置有挡板。当球装满球舱后，装在球舱底部的压力传感器会给fpga平台模块发出信息，fpga平台模块判断满舱后会给用户手机发送满舱报警信息。

多台协作控制模块内置有多台协作控制协议，可在协作模式和自主协作模式实现多台小车一起捡球，分区域工作，互相协作，具体如发明内容所述；

运动底盘模块包括底盘、电源单元、电机驱动单元、稳压模块、传感器单元、直流电机单元以及减速电机单元；其中，运动底盘为四轮驱动，由直流电机控制车轮转动，根据信息采集模块提供移动信息，实现移动、转向、避障和斜坡减速。

摄像采集模块中，小车通过摄像头对现场图像进行采集，并发送给fpga，fpga通过对图像数据分析，发送控制信息给小车，决定小车的运动方向。

总之：所述捡球小车系统具有结构紧凑，传动可靠性高，组装和调节方便，能够实现app无线控制捡球及送球的工作，代替人工对网球进行收集，减少捡球人员的捡球和送球的工作量，非常适用于正式的网球比赛和平时的网球训练。

所述基于滚轴及夹持机构的可控捡球小车系统的非协作模式，其工作过程如下：

步骤1).开启捡球小车，由球舱顶部的摄像头采集球场上的视频或图像信息，并传送给小车的信息处理模块；

步骤2).信息处理模块与各小车通过无线方式连通，根据内置多台协作控制协议自主划定工作区域，然后，根据最优路线向网球地点运动；

步骤3).在运动过程中，信息处理模块通过分析运动底盘模块的传感器单元以及摄像采集模块的采集的图像信息，能够实现发现障碍并现避开的灵活运动；

步骤4).经过视觉识别算法，小车首先会选择从球体数量最多的地方进行清扫。按照预先自主规划的路径清扫完毕后；再次进行视觉扫描，对遗漏的小球再次清扫，直到清扫完成；

步骤5).捡完球场所有球后，若球没有装满球舱，小车回到出发原点等待用户将球取走；若还未完成工作球已经装满球舱，小车的信息处理模块会给用户手机发送满舱报警信息；用户完成卸球操作后，捡球小车可继续开始工作。

实施例2

进一步的，具体实施时，小车系统可以依据使用场景不同捡拾其他球类，如混合球类场地以及高尔夫球场地。

以捡拾高尔夫球的场景为例，信息处理模块依据视觉识别处理方法，根据当前环境、路面和球体数量，控制滚轴的转动速度、小车行进速度和行进的轨迹路线，具体为：

当路面崎岖或者处于斜坡时，可适当减慢整车的行进速度；

当路面平缓、路况良好时，选择适当加快整车的行进速度。

具体实施时，对于网球场地，多为平坦场地，装载球场，平整光滑路面的行驶速度大概30米每分钟；空载的行进速度大概是40米每分钟。

具体实施时，对于高尔夫球场地，多为非平坦场地，装载球场，行驶速度小于20米每分钟。

智能操作端，具体实施时为手机app或者其他智能可显示终端，其工作过程，包括如下步骤：

步骤i).用户通过手机app与捡球小车的蓝牙模块进行连接，并对所有的小车根据网球分布位置，选择指定区域工作，并发出启动和运行方向的指令；

步骤ii).小车的信息处理模块响应接收到指令后，驱动直流电机运作让小车行至网球前，通过小车底盘的传感器感应网球的状态，然后通过滚筒旋转将网球卷入球舱内，完成一次捡球操作；

步骤iii).用户可以通过手机app控制捡球小车变换方向、加速或减速运行，然后继续执行捡球操作；

步骤iv).捡完球场所有的球以后，若是球没有装满球舱，可通过手机控制小球到固定地点让用户卸球；若是还未完成工作球已经装满球舱，小车的信息处理模块会生成满舱报警信息，通过无线信息收发模块给用户手机发送满舱报警信息。用户完成卸球操作后，捡球小车可继续开始工作。

具体实施时，小车的滚筒与夹持机构相连，由车尾部的直流电机单元控制，在捡球过程中一直处于滚动状态，可实行长时间不间断的工作，和将多个网球同时拾入球舱。手机app可控制滚轴滚动控制电机的工作状态，发出令滚筒工作或停止的指令，控制小车的工作模式。

步骤iv)具体实施时，可以简化为信息处理模块控制小车呈现s型运动轨迹，拾球器模块一直工作，摄像采集模块的拍摄速率可以到最低限，用于检查遗漏小球的拾捡。

实施例3

进一步地，当小车数量大于1时，所述智能操作端位于可控捡球小车上，也可以位于可控捡球小车外。具体实施时，系统组成示意图如图2所示。每个小车的组成框图如图3所示。

图2中当智能操作端的多台协作控制模块位于小车之上则为协作模式；

位于小车之外，为非协作模式，其工作过程包括如下步骤：

步骤a).智能操作端划定拾球范围，向所有小车发布状态检查请求。

步骤b).小车接收到第一步的信号后尝试与其余小车建立两两相连的通信网络；小车收到信号后向智能操作端反馈自身gps定位数据；智能操作端发现某小车应答超时，则标记该小车故障。

步骤c).智能操作端根据小车定位划定小车基本行动路径，保证所有小车的有效搜索范围的并集包含遍布整个场地，并将路径信息发送给小车。

步骤d).小车按照划定的路径开始行进，当搜索范围内发现网球时，根据自身定位信息以及摄像头采集画面中网球的位置与大小计算出网球的gps定位。小车向其余小车发布小球位置，距离小球最近的小车前去拾球，其余小车继续按原定轨迹行进。脱离计划路径的小车停止寻球进程，在拾球完成后返回脱离路径的位置，继续按基本路径行进并重启寻球进程。若数辆小车距离小球距离相同，距离相同的小车间进行随机等待，最早等待结束的小车向其他小车发布继续按基本路径行进的指令，并前去拾球。

步骤e).当小车装满时，向智能操作端发送仓满信号，并继续按原有路径前进，此时小车停止拾球进程，只进行寻球进程；

步骤f).其余小车接收球满小车发送的小球位置信息，计算小球位置与自身路径最短距离，由最短距离最小的小车前去拾球；

步骤g).小车到达终点向智能操作端发送工作完成信号。

从图3可以看出，所述小车系统包括：拾球器模块、信息处理模块、摄像采集模块、运动底盘模块以及智能处理终端，其工作过程为：

步骤(i).启动捡球小车，摄像采集模块配合小车开始使用；

步骤(ii).小车通过球舱顶部的ov7725摄像头采集球场上的视频或图像信息，ov7725将qvga图像信息发送给信息处理模块，每帧图像分成左中右三区(左100像素，中120像素，右100像素)，每区由一位二进制数标记本区域是否有网球，fpga在接收数据的同时完成像素信息的二值化，背景为黑色，网球为白色，同时记录左中右区域中白色像素点的数量，具体工作流程如图4所示。

在接收一帧图像的过程中，某一区域的白色像素点超过1200个，将本区域的网球存在信号置1。信息处理模块监控这3位标记网球存在的寄存器，由其中的数据决定小车的运动方向。

步骤(iii).信息处理模块的多台协作控制协议启动，各小车通过无线方式连通，根据内置多台协作控制协议自主划定工作区域，然后，根据最优路线向网球地点运动；小车为四轮驱动，由四个直流减速电机分别控制，每个直流电机需要两个控制信号。由信息处理模块分出8个引脚实现对电机的控制，单个小车的具体实物示意图如图5所示。

步骤(iv).在运动过程中若是摄像采集模块或者运动底盘模块的传感器单元发现障碍或者斜坡，可通过信息处理模块实现转向或者减速的操作；

步骤(v).按照预先自主规划的路径清扫完毕后。再次进行视觉扫描，对遗漏的小球再次清扫，直到清扫完成；

步骤(vi).捡完球场所有的球以后，若是球没有装满球舱，小车回到出发原点等待用户将球取走。若是还未完成工作球已经装满球舱，小车的信息处理模块会给用户手机发送满舱报警信息。用户完成卸球操作后，捡球小车可继续开始工作。

以上所述为本发明的较佳实施例而已，本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。